DE102009021882B4

DE102009021882B4 - Organisches halbleitendes Bauelement

Info

Publication number: DE102009021882B4
Application number: DE102009021882A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Chem. Gresser Roland; Dipl.-Phys. Müller Toni; Dr. Hummert Markus; Dr. Riede Moritz; Prof. Dr. Hartmann Horst; Prof. Dr. Leo Karl
Original assignee: Heliatek GmbH
Current assignee: BASF SE; Heliatek GmbH
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2012-03-15
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: DE102009021882A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein organisches halbleitendes Bauelement, das aus mehreren Schichten aufgebaut ist, wobei zumindest eine der Schichten zumindest eine Verbindung der allgemeinen Formel A, B oder C umfasst:

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein organisches halbleitendes Bauelement, das aus mehreren Schichten aufgebaut ist. Eine oder mehrere Schichten können dabei Verbindungen umfassen, die als Lichtabsorber, Ladungstransportmaterial und/oder Dotand wirken können.
In den letzten Jahren erlangten organische Verbindungen mit intensiven Absorptionen im roten und infraroten Spektralbereich wegen ihrer Einsetzbarkeit in zahlreichen Gebieten von Wissenschaft und Technik ein besonderes Interesse. So können solche Verbindungen als aktive Medien in lasergetriebenen Aufzeichnungsmedien, wie CD oder DVD, oder in Solarzellen zur Umwandlung von Wärmestrahlung in elektrische Energie sowie in Wärmedämmmaterialen zur Vermeidung von Aufheizungen im Inneren geschlossener Räume, wie in Fahrzeugen oder Schaufensterbereichen, eingesetzt werden. Dabei müssen solche langwellig absorbierenden Verbindungen zudem nach die Eigenschaft besitzen, im kürzerwelligen sichtbaren Spektralbereich möglichst weitgehend ohne nennenswerte Absorption sowie thermisch sehr stabil zu sein, um beispielsweise durch Vakuumverdampfungsprozesse für den jeweiligen Anwendungszweck applizierbar zu sein.
Bisher sind bereits zahlreiche Verbindungstypen bekannt geworden, die neben einer intensiven Lichtabsorption im roten sowie infraroten Spektralbereich auch noch verschiedene andere, für ihren jeweiligen Einsatzzweck bestimmende Eigenschaftsmerkmale besitzen. Meist jedoch kann das Spektrum der gewünschten Eigenschaftsmerkmale nicht von einem bestimmten Verbindungstyp allein erfüllt werden. So besitzen beispielsweise Polymethinfarbstoffe, die zumeist bei ausreichender Länge der in ihnen enthaltenen Polymethinkette eine hinreichend intensive Lichtabsorption im roten und infraroten Spektralbereich besitzen, eine sehr geringe thermische Stabilität, die, bedingt durch ihre zumeist ionische Natur, einer umersetzten Verdampfbarkeit im Wege steht. Ähnliches gilt auch für die Oxydationsprodukte von aromatischen oder heteroaromatischen Di- und Polyaminen, etwa vom Typ der 4,4',4'',4'''-Tetrakis-(diarylamino)-N,N-tetraphenyl-benzidine und ihren Arylen-Homologen, die in ihrem oxydierten Zustand zwar sehr langwellige Lichtabsorptionen besitzen, aufgrund ihrer ionischen Natur aber ebenso unverdampfbar und für viele Anwendungszwecke dadurch ungeeignet sind. Im Gegensatz dazu sind Nickeldithiolen-Komplexe, die ebenfalls sehr langwellige Absorptionen im infraroten Spektralbereich besitzen, durch eine hinreichende thermische Stabilität meist gut verdampfbar, doch ist ihr Lichtabsorptionsvermögen im langwelligen Spektralbereich oft recht gering, so dass sie, um mit diesen Verbindungen hohe Absorptionsquerschnitte im IR-Spektralgebiet erreichen zu können, in hohen Konzentrationen bzw. Schichtdicken eingesetzt werden müssen, die dann aber meist dazu führen, dass störende Absorptionen im sichtbaren Spektralgebiet in Erscheinung treten.
Das einzige bisher bekannte Material für organische Solarzellen mit einer Absorption über 700 nm sind Verbindungen aus der Reihe der Phthalocyanine. Diese Verbindungen zeichnen sich zwar durch eine intensive langwellige Absorption und eine hohe Stabilität aus, jedoch können diese Verbindungen aufgrund ihrer geringen Löslichkeit gar nicht oder nur schwer im Hinblick auf andere Eigenschaften wie die energetische Lage der Grenzorbitale optimiert werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, organische halbleitende Bauelemente bereitzustellen, die organische Verbindungen mit intensiven Absorptionen im roten und infratroten Spektralbereich enthalten, die die Nachteile des Stands der Technik überwinden und insbesondere zur Herstellung des Bauelements unzersetzt verdampfbar sind, also eine gute thermische Stabilität zeigen und im Langwellenbereich Licht absorbieren können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein organisches halbleitendes Bauelement, das aus mehreren Schichten aufgebaut ist, wobei zumindest eine der Schichten zumindest eine Verbindung der allgemeinen Formel A, B oder C umfasst:
wobei M ein Metall-Ion ist, dessen Ladung vorzugsweise so bemessen ist, dass elektroneutrale Komplexe des Typs B bzw. C resultieren; jedes R unabhängig ausgewählt ist aus unsubstituiertem oder substituiertem C₁-C₂₀-Alkyl, C₁-C₂₀-Heteroalkyl, C₆-C₂₀-Aryl, C₆-C₂₀-Heteroaryl, gesättigten oder ungesättigtem Carbo- oder Heterocyclus; L¹ und L², die gleich oder verschieden sein können, Atom- oder Molekülgruppierungen darstellen, die die Valenzschale von M absättigen; und -X_i- ein Molekülfragment darstellt, das mit der angrenzenden C-C-Doppelbindung des Pyrrolrings ein aromatisches oder heteroaromatisches Strukturelement ausbildet.
Dabei ist besonders bevorzugt, dass das Bauelement ausgewählt ist aus einer organischen Solarzelle, einem Fotodetektor oder einem organischen Feldeffekttransistor. Lichtemittierende Dioden sollen nicht unter die erfindungsgemäß beanspruchten organischen halbleitenden Bauelemente fallen, jedoch allgemein organisch-anorganische Hybridbauelemente.
Bevorzugt wird vorgeschlagen, dass das Metall-Ion M ausgewählt ist aus Ionen der Elemente der 9. bis 13. Gruppe des Periodensystems der Elemente, vorzugsweise Cu, Zn, Ni, B oder Al.
Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass X jeweils unabhängig ausgewählt ist aus
wobei R¹–R⁷ unabhängig ausgewählt sind aus Wasserstoff, Halogen, unsubstituiertem oder substituiertem C₁-C₂₀-Alkyl, C₁-C₂₀-Heteroalkyl, C₆-C₂₀-Aryl, C₆-C₂₀-Heteroaryl, gesättigtem oder ungesättigtem Carbo- oder Heterocyclus, oder wobei zwei benachbarte Reste R¹–R⁶ Bestandteil eines weiteren carbocyclischen oder heterocyclischen Rings sind; und wobei Q für eine zweibindige, die Elemente C, N, O oder S enthaltende Atomgruppierung steht.
Q kann beispielsweise -CH₂-, -NH-, -O- oder -S- sein.
Bevorzugt ist ferner, dass L¹ und L² unabhängig ausgewählt sind aus Halogen, Alkyl, Aryl, Alkyloxy, Aryloxy, Acyl, Aroyl, Alkenyl oder Alkinyl, oder L¹ und/oder L² können jeweils an ein R angebunden sein.
Sind L¹ und/oder L² an Reste R angebunden, kann dadurch ein weiterer Ring über die Verknüpfung M-L-R ausgebildet werden. Dies kann beispielsweise in Form von M-O-R einer Etherbrücke oder M-S-R einer Thioetherbrücke erfolgen.
Auch wird bevorzugt vorgesehen, dass die zumindest eine die Verbindung der Formel A, B oder C umfassende Schicht eine Lichtabsorberschicht oder Ladungsträgertransportschicht ist.
Schließlich ist bevorzugt, dass das Bauelement fotoaktiv ist.
Die Rest R¹–R⁷ und R können bevorzugt ausgewählt sein aus Alkyl, Alkoxy, Dialkylamin, Alkylsulfanyl, Alkylsulfenyl, Alkylsulfonyl, Phenyl, Naphthyl, Anthryl, Fluorenyl, Aryloxy, Arylsulfanyl, Arylsulfenyl, Arylsulfonyl, Arylalkylamin, Diarylamin, Pyrrolidin, Tetrahydrofuran, Tetrahydrothiophen, Piperidin, Tetrahydropyran, Tetrahydrothiopyran, Pyrrol, Furan, Thiophen, Pyridin, Pyryliumion, Thiopyryliumion, Chinolin, Purin, Oxazol, Thiazol, Benzothiazol, Pyrazin, Imidazol, Pteridin, Acridin, Pyrimidin und Indol. Auch ist denkbar, dass benachbarte Reste Bestandteile eines weiteren carbocyclischen oder heterocyclischen Rings sind.
Die Verbindungen des Formeltyps A–C können auf verschiedenen Wegen, so vorzugsweise aus den an sich bekannten Verbindungen des allgemeinen Formeltyps 2, 4 oder 8 (siehe unten), in denen die Symbole X und R die vorgenannte Bedeutung haben, hergestellt werden, indem diese mit dem Ammoniumsalz einer vorzugsweise organischen Säure, wie Ameisen- oder Essigsäure, in einem hochsiedenden dipolaren Lösungsmittel (Solv), wie einem prim. oder sec. Alkanol mit einem Siedepunkt über 150°C, einem aliphatischen Carbonsäureamid, wie Formamid, DMF oder Dimethylacetamid, oder aber auch in einem mehrwertigen Alkanol vom Typ der 1,2-, 1,3-Diole oder 1,2,3-Triole, erhitzt werden, wodurch sich in meist glatter Reaktion, wie von V. F. Donyagina, S. Shimizu, N. Kobayashi und E. A. Lukyanets in Tetrahedron Lett. 2008, 49, 6152 beispielhaft beschrieben, zunächst die an ihrer tiefen Farbe erkennbaren Verbindungen das allgemeinen Formeltyps A bilden, die dann anschließend nach ihrer Isolierung erforderlichenfalls durch Erhitzen mit einer Verbindung der allgemeinen Formel ML¹L²L³, in der L¹ und L² die gleiche Bedeutung haben wie oben angegeben und L³ ein mit L¹ und L² identischer oder von diesen verschiedener Ligand ist, der ebenso wie L¹ und L² mit dem Atom M eine stabile Koordinationssphäre ausbilden kann, in einem polaren Lösungsmittel, wie einem niederen oder höheren Alkanol, einem aliphatischen Carbonsäureamid, wie Formamid, DMF oder Dimethylacetamid, einem Carbonsäureanhydrid, wie Essigsäure- oder Propionsäureanhydrid, Methylenchlorid oder 1,2-Dichloethan, zu den Zielverbindungen des Formeltyps B oder C umgesetzt werden.
Bezüglich der vorgenannten Verbindungen des Formeltyps 2, 4 oder 8 können die Verbindungen des Typs 2 dadurch gewonnen werden, dass Verbindungen des Formeltyps 1, wie von H. Bredereck und H. W. Vollmann in Chem. Ber. 1972, 105, 2271 beschrieben, mit einer metallorganischen Verbindung des allgemeinen Formeltyps R-MZ_n, in denen in denen der Rest R die gleiche Bedeutung hat wie in Formel A, n entweder 0 oder 1 ist und M für ein Metall-Ion aus vorzugsweise der 1. oder 2. Gruppe des Periodischen Systems steht, wobei im letztgenannten Fall n = 1 ist und somit dieses Metall-Ion nach mit einem geeigneten, die Valenz von M absättigenden Rest Z, wie vorzugsweise ein Halogenatom, verbunden sein kann, umgesetzt werden, die Verbindungen des Formeltyps 4 dadurch, dass Verbindungen des Formeltyps 3, wie von M. A. T. Rogers in J. Chem. Soc. 1943, 590 beschrieben, mit einem Nitrosierungsreagenz NO-Y, wie mit z. B. Natriumnitrit in mineralsaurer Lösung oder mit Salpetrigsäurealkylestern in alkoholisch/mineralsaurer Lösung, zur Reaktion gebracht werden, und die Verbindungen des Formeltyps 8 dadurch, dass entweder Verbindungen des Formeltyps 5 mit Isopropylmagnesiumchlorid, wie beispielsweise von A. Krasovskiy und P. Knochel in Angew, Chem. Int. Ed. 2004, 43, 3333 beschrieben, zunächst zu Verbindungen des Formeltyps 6 umgesetzt werden und diese dann, wie etwa von R. J. Kloetzing, A. Krasovsky, und P. Knochel in Chem. Eur. J. 2007, 215 beschrieben, durch Reaktion mit einer Verbindung des allgemeinen Formeltyps 7 oder Verbindungen des allgemeinen Formeltyps 9 mit Metallcyaniden, wie beispielsweise von K. Kobayashi et al. in Bull. Chem. Soc. Japan 2006, 79, 1126 beschrieben, umgesetzt werden.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass die erfindungsgemäßen organischen halbleitenden Bauelemente die im Stand der Technik aufgefundenen Nachteile nicht aufweisen, insbesondere durch die Verwendung der Verbindungen des Typs A–C in einem ausgezeichneten Spektralbereich aktiv sind und hohe thermische Stabilität zeigen.
Die Verbindungen A, B und C besitzen halbleitende Eigenschaften, welche bisher aus dem Stand der Technik nicht bekannt waren. Dies bedeutet, dass eine Schicht, die ausschließlich aus Material der Verbindungen A, B und/oder C gefertigt ist, ohne Zusätze oder weitere chemische Veränderungen bereits halbleitende Eigenschaften aufweist. Gemäß den erfindungsgemäßen organischen halbleitenden Bauelementen werden dort die Verbindungen A, B und/oder C als halbleitende Schichten und nicht als Dotanden verwendet. Eine Dotierung wird dabei so verstanden, dass wenige einzelne Moleküle (Dotand) in eine Schicht (Matrix) eingebaut werden, um dort Ladungen aufzunehmen oder abzugeben und die halbleitenden Eigenschaften der Schicht (Matrix) zu verändern.
Erfindungsgemäß wird das Bauteil aus verschiedenen Materialschichten, die unterschiedliche Funktionen erfüllen, aufgebaut, indem die Materialien nacheinander auf die vorherige Schicht aufgedampft werden. In diesem Zusammenhang bedeutet eine geschlossene Schicht, dass die vorherige Schicht komplett bedeckt ist. Dies hat zur Folge, dass Ladungsträger in dieser Schicht (bzw. durch diese Schicht) transportiert werden müssen. Folglich müssen diese Schichten halbleitende Fähigkeiten aufweisen und eine hohe Beweglichkeit von Ladungsträgern ermöglichen. Beide Eigenschaften muss ein Dotand nicht erfüllen.
Die Kombination der Absorptionseigenschaften und der elektrischen Eigenschaften der Verbindungen A, B und C führen in überraschender Weise zu einem organischen halbleitenden, vorzugsweise photoaktiven, Bauelement, das aus dem Stand der Technik bislang nicht bekannt war und äußerst zufrieden stellende Gesamteigenschaften, wie ausgezeichnete Aktivität im gewünschten Spektralbereich sowie hohe thermische Stabilität, zeigt.
Bevorzugt sind erfindungsgemäß organische halbleitende Bauelemente, in denen die Schichten, die zumindest eine Verbindung der allgemeinen Formel A, B oder C umfassen, geschlossene Schichten oder Schichten mit interpenetrierenden Netzwerken sind. Wie bereits oben ausgeführt, bedeutet eine geschlossene Schicht, dass die vorherige Schicht komplett durch diese abgedeckt ist. Unter einer Schicht mit interpenetrierendem Netzwerk soll eine Schicht verstanden werden, in der sich Komponenten der Schicht gegenseitig durchdringen. Dies kann beispielsweise durch Co-Verdampfung zweier Materialien erreicht werden, die sich dann in einer Mischschicht selbst anordnen. Ein interpenetrierendes Netzwerk weist dabei geschlossene Perkolationspfade (Wanderwege für Ladungsträger) auf, die in einer Mischschicht erreicht werden, wenn das in geringerer Menge enthaltene Material mindestens in einem Mischungsverhältnis von > 20 Massenprozent enthalten ist. Dies steht im Gegensatz zu einer Dotierung eines Matrixmaterials, in der der Dotand lediglich mit etwa vier Massenprozent vorliegt, so dass dort isolierte Einheiten bzw. Cluster des Dotanden in der Matrixschicht entstehen. Interpenetrierende Netzwerke mit geschlossenen Perkolationspfaden ermöglichen die Ausnutzung der guten Ladungsträgerbeweglichkeiten. Daher ist es besonders bevorzugt, erfindungsgemäße organische halbleitenden Bauelemente bereitzustellen, in denen zumindest eine Verbindung der allgemeinen Formel A, B oder C in einer geschlossenen Schicht bzw. geschlossenen Perkolationspfaden innerhalb einer Mischschicht vorliegt.
Die in der Regel thermisch bis meist deutlich über 300°C stabilen und daher im Hochvakuum unterhalb dieser Temperatur unzersetzt verdampfbaren Verbindungen des Formeltyps A–C können auf verschiedene Weise in einem Bauelement eingesetzt werden, so vorzugsweise aufgrund ihrer langwelligen Lichtabsorption im roten oder nahen infraroten Spektralgebiet als Lichtabsorber in organischen Solarzellen oder aufgrund ihrer hohen Redoxstabilität als Ladungsgenerations- oder Ladungstransportmaterial in organischen Solarzellen sowie organischen Feldeffekt-Transistoren. Hierzu werden die genannten Verbindungen auf ein geeignetes Substrat aufgebracht, das wie beispielhaft nachfolgend beschrieben aufgebaut ist, indem sie in einer Vakuumkammer bei Drücken um 10^–7 Torr aus einem Behälter so verdampft werden, dass keine Substanzzersetzung eintritt und eine mit definierter Dicke entstehende Aufdampfschicht erzeugt wird, die sich erforderlichenfalls im Verband mit weiteren Schichten befindet, von denen jede eine bestimmte elektronische Funktion besitzt.
Ein besonderer Vorzug der Verbindungen A–C als photoaktive Schichten in organischen Solarzellen besteht darin, dass diese aufgrund der langwelligen Absorption des eingesetzten Lichtabsorbers eine erhöhte spektrale Sensibilität im langwelligen Spektralbereich zeigen. So kann der in elektrische Energie umgewandelte Anteil der Lichtenergie auf einen Bereich über 600 nm, bevorzugt aber auf einen über 700 nm und besonders bevorzugt auf über 800 nm erweitert werden.
Als wichtige Kenngröße bei photovoltaischen Bauelementen dient die Leerlaufspannung, die durch die Verwendung der oben genannten Verbindungen hohe Werte erreichen kann. Sie ergibt sich aus der relativen Lage der Energieniveaus des Donator- und des Akzeptor-Materials, deren Energieniveaus erforderlichenfalls durch geeignete elektronenziehende bzw. elektronenschiebende Gruppen so variiert werden können, dass sich der Energieverlust beim Elektronentransfer verringert und die Leerlaufspannung erhöht wird. Zusätzlich zu den bisherigen Vorteilen bei der Verwendung oben genannter Verbindungen in Solarzellen weisen solche Bauelemente einen besonders hohen Füllfaktor auf, der im konkreten Fall der Verbindung B1 (siehe unten) bei 64.89% liegt. Dieser ist gegeben durch den Quotienten aus der maximalen Leistung und dem Produkt aus Leerlauf- und Kurzschlussstrom und beschreibt damit die „Rechteckigkeit” der Strom-Spannungs-Charakteristik als ein Maß für die Güte einer Solarzelle.
Unabhängig von den Absorptionseigenschaften der Verbindungen A–C erschließt sich durch ihre guten Ladungsträgertransporteigenschaften ein weiteres Anwendungsgebiet in der Verwendung für Feldeffekttransistoren. In diesen Bauteilen werden oben genannte Verbindungen A–C zwischen zwei als Emitter (Source) und Kollektor (Drain) bezeichnete Elektroden verbracht. Das organische Halbleitermaterial kann dabei noch mit geeigneten anderen Verbindungen dotiert werden, um die Anzahl der elektrischen Ladungsträger zu erhöhen. Diese können sowohl n- als auch p-Dotanden sein. Durch ein isolierendes Material von dem organischen Halbleitermaterial getrennt, befindet sich eine dritte Basis-Elektrode (Gate). Diese kann sich entweder oberhalb (Top-Gate-Anordnung) oder unterhalb (Bottom-Gate-Anordnung) von dem halbleitenden Material befinden. Durch Anlegen einer Steuerspannung zwischen Source- und Gate-Elektrode kann nun der Stromfluss zwischen beiden Elektroden gezielt gesteuert werden. Dies geschieht dadurch, dass sich durch das angelegte elektrische Feld die durch die Dotierung erzeugten Ladungsträger im organischen Halbleitermaterial nahe der Isolatorschicht anreichern. Dadurch wird der Eigenwiderstand der organischen Halbleiterschicht in diesem Bereich abgesenkt, wodurch ein Stromfluss zwischen der Source- und Drain-Elektrode möglich wird.
Weitere Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Bauelements ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen
1 ein Absorptionsspektrum der Verbindung A1 in Dichlormethan zeigt;
2 ein Cyclovoltammogram der Verbindung A1 in Dichlormethan mit Ferrocen als internem Standard und Tetrabutylammonium-hexafluorophosphat (1 mMol) als Leitsalz bei einer Scangeschwindigkeit von 100 mV/s bei 25°C zeigt;
3 ein Absorptionsspektrum der Verbindung A2 in Dichlormethan zeigt;
4 ein Cyclovoltammogram der Verbindung A2 in Dichlormethan mit Ferrocen als internem Standard und Tetrabutylammonium-hexafluorophosphat (1 mMol) als Leitsalz bei einer Scangeschwindigkeit von 100 mV/s bei 25°C zeigt;
5 ein Absorptionsspektrum der Verbindung B1 in Dichlormethan zeigt;
6 ein Cyclovoltammogram der Verbindung B1 in Dichlormethan mit Ferrocen als internem Standard und Tetrabutylammonium-hexafluorophosphat (1 mMol) als Leitsalz bei einer Scangeschwindigkeit von 100 mV/s bei 25°C zeigt;
7 ein Absorptionsspektrum der Verbindung B2 in Dichlormethan zeigt;
8 ein Cyclovoltammogram der Verbindung B2 in Dichlormethan mit Ferrocen als internem Standard und Tetrabutylammonium-hexafluorophosphat (1 mMol) als Leitsalz bei einer Scangeschwindigkeit von 100 mV/s bei 25°C zeigt;
9 Schichtaufbauten unterschiedlicher Ausführungsformen des erfindungsgemäßen halbleitenden Bauelements zeigt;
10 eine Strom-Spannungs-Charakteristik einen Beispiel 1 beschriebenen Solarzelle mit Verbindung B1 und C₆₀ als fotoaktive Schicht zeigt;
11 einen Graphen der spektralen externen Quantenausbeute einer Solarzelle mit Verbindung B1 und C₆₀ als fotoaktive Schichten zeigt; und
12 einen Schichtaufbau des in Ausführungsbeispiel 5 dargestellten Bauelements zeigt.
Zunächst werden einige Synthesebeispiele zur Herstellung der Verbindungen des Typs A–C angegeben.
Synthesebeispiele
1. Herstellung von Diisoindolylazamethinen der allgemeinen Struktur A
1.a Synthese von (3-Phenyl-2H-isoindol-1-yl)-(3-phenyl-isoindol-1-yliden)-amin (A1)
Zu einer Suspension von Phthalodinitril (12,8 g, 0,1 Mol) in Toluol (100 mL) wird unter Rühren bei Raumtemperatur eine aus Brombenzol (15,7 g, 0,1 Mol) und Magnesiumspänen (2,7 g, 0,11 Mol) nach bekannten Vorschriften hergestellte Phenylmagnesiumbromid-Lösung zugetropft und das resultierende Gemisch anschließend für 2 Stunden oder über Nacht gerührt.
Das erhaltene Reaktionsgemisch wird mit Chlortrimethylsilan (10,8 g, 0,1 Mol) versetzt und der entstandene Niederschlag abgesaugt und mit Diethylether gewaschen. Der so erhaltene Feststoff wird anschließend in Formamid (500 mL) für ca. 10 Minuten erhitzt, bis sich eine tief dunkelblaue Farbe zeigt und sich ein kupferfarbener Niederschlag bildet. Man lässt erkalten und saugt den Niederschlag ab, der anschließend mit Wasser und Methanol gewaschen wird. Die praktisch analysenreine Verbindung kann weiter durch Säulenchromatographie an Silicagel durch Elution mit Chloroform gereinigt werden.
Ausbeute: 12 g (30 mmol, 30%), rotviolette Nadeln.
Schmp. 260.7°C
¹H-NMR (500 MHz, CDCl₃): 7.32 (t, 2H, J = 7.9 Hz) 7.41 (t, 2H, J = 7.7 Hz), 7.47 (t, 2H, J = 7.37 Hz), 7.57 (t, 4H, J = 7.47 Hz), 7.96 (d, 2H, J = 8.0 Hz), 8.03 (d, 4H, J = 7.12 Hz), 8.13 (d, 2H, J = 7.89 Hz).
¹³C-NMR (125 MHz, CDCl₃): 121.31, 122.14, 126.33, 127.57, 127.74, 129.22, 129.42, 129.92, 133.18, 135.38, 143.86, 148.58.
MS (ESI): Berechnet [M+1]: 398.47. Gefunden: 398.2.
Berechnet für C₂₈H₁₉N₃: C 84.61, H 4.82, N 10.47. Gefunden: C 82.6, H 5.1, N 9.9.
Das Absorptionsspektrum der Verbindung A1 in Dichlormethan sowie das Cyclovoltammogram von Verbindung A1 in Dichlormethan mit Ferrocen als internem Standard und Tetrabutylammonium-hexafluorophosphat (1 mMol) als Leitsalz bei einer Scangeschwindigkeit vom 100 mV/s bei 25°C ist in 1 bzw. 2 gezeigt.
1b. Synthese von [3-(4-Methoxyphenyl)-2H-isoindol-1-yl]-[3-(4-methoxyphenyl)-isoindol-1-yliden]amin (A2)
Zu einer Suspension von Phthalodinitril (12,8 g, 0,1 Mol) in Toluol (100 mL) wird unter Rühren bei Raumtemperatur eine aus p-Brombenzol (18,7 g, 0,1 Mol) und Magnesiumspänen (2,7 g, 0,1 Mol) hergestellte para-Methoxyphenyl-magnesiumbromid-Lösung zugetropft und das anfallende Gemisch anschließend für 2 Stunden oder über Nacht gerührt.
Das erhaltene Reaktionsgemisch wird mit Chlortrimethylsilan (10,8 g, 0,1 Mol) versetzt und der entstandene Niederschlag nach Absaugen mit Diethylether gewaschen. Der so erhaltene Feststoff wird anschließend in Formamid (500 mL) für ca. 10 Minuten erhitzt, bis eine tief dunkelblaue Lösung ensteht, aus der sich ein kupferfarbener Niederschlag abscheidet. Nach dem Erkalten der Lösung wird der entstandene Niederschlag abgesaugt und mit Wasser und Methanol gewaschen. Das praktisch analysenreine Produkt kann erforderlichenfalls weiter durch Säulenchromatographie an Silicagel durch Elution mit Chloroform gereinigt werden.
Ausbeute: 9,5 g (19 mmol, 19%), rotviolette Nadeln.
Schmp. 154°C
¹H-NMR (500 MHz, CDCl₃): 3.91 (s, 6H), 7.08 (d, 2H, J = 8.85 Hz), 72 (t, 2H, J = 7.01 Hz), 7.37 (t, 2H, J = 7.03 Hz), 7.91 (d, 2H, J = 8.08 Hz), 7.97 (d, 4H, J = 8.83 Hz), 8.10 (d, 2H, J = 7.91 Hz).
¹³C-NMR (125 MHz, CDCl₃): 55.50, 114.73, 121.19, 122.07, 125.4, 126.04, 127.42, 129.21, 129.66, 135.30, 143.42, 147.64, 160.68.
MS (ESI): Berechnet [M+1]: 458.5. Gefunden: 458.2.
Berechnet für C₃₀H₂₃N₃O₂: C, 78.75, H 5.07, N 9.18. Gefunden: C 78.43, H 4.99, N 8.02.
Das Absorptionsspektrum der Verbindung A2 in Dichlormethan sowie das Cyclovoltammogram von Verbindung A2 in Dichlormethan mit Ferrocen als internem Standard und Tetrabutylammonium-hexafluorophosphat (1 mMol) als Leitsalz bei einer Scan-Geschwindigkeit von 100 mV/s bei 25°C sind in 3 bzw. 4 gezeigt.
2. Herstellung von Diisoindolylazamethin-Komplexen der allgemeinen Struktur B
2a. Synthese von 11,11-Difluoro-10,12-diphenyl-11H-5,10a-diiaza-11a-azonium-11-boranato-indeno[2,1-b]fluoren (B1)
Zu einer Lösung von Verbindung A1 (3,97 g, 10 mmol) in Dichlorethan (80 mL) werden bei Raumtemperatur zunächst mit Diisopropylethylamin (6,45 g, 50 mmol) und anschließend Bortrifluorid-diethyletherat (7,05 g, 50 mmol) getropft. Die so erhaltene Lösung wird erwärmt und für etwa 10 min unter Rückfluss erhitzt, bis sich die anfänglich blaue Lösung grün gefärbt hat und dünnschichtchromatographisch kein Edukt mehr nachweisbar war. Man lässt abkühlen und versetzt mit Wasser (100 mL). Die organische Phase wird dreimal mit Wasser (je 50 ml) gewaschen und das Lösemittel im Vakuum abgezogen. Der verbleibende Rückstand wird zur Reinigung in Chloroform gelöst und über Kieselgel (Chloroform) filtriert.
Ausbeute: 3,9 g (8,8 mmol, 88%), rotviolette Nadeln.
Schmp. 273°C
¹H-NMR (500 MHz, CDCl₃): 7.30 (t, 2H, J = 6.98 Hz), 7.51 (m, 8H), 7.62 (d, 2H, J = 8.15 Hz), 7.87 (d, 4H, J = 7.86 Hz), 8.11 (d, 2H, J = 8.00 Hz).
¹³C-NMR (125 MHz, CDCl₃): 121.19, 124.15, 127.03, 128.44, 130.16, 130.19, 130.31, 130.47, 131.14, 133.63, 139.34, 153.20.
¹⁹F-NMR (2282. MHz, CDCl₃): –129.51 (q, 2F, J = 31.0 Hz)
MS (ESI): Berechnet [M+1]: 446.1. Gefunden: 446.2.
Berechnet für C₂₈H₁₈BF₂N₃: C, 75.53, H 4.07, N 9.44. Gefunden: C 75.33, H 3.94, N 9.27.
Das Absorptionsspektrum der Verbindung B1 in Dichlormethan sowie das Cyclovoltammogram von Verbindung B1 in Dichlormethan mit Ferrocen als internem Standard und Tetrabutylammonium-hexafluorophosphat (1 mMol) als Leitsalz bei einer Scangeschwindigkeit von 100 mV/s bei 25°C sind in 5 bzw. 6 gezeigt.
2b. Synthese von 11,11-Difluoro-10,12-bis(-p-methoxyphenyl)-11H-5,11a-diaza-10a-azonium-11-boranato-indeno[2,1-b]fluoren (B2)
Zu einer Lösung von Verbindung A2 (5,05 g, 10 mmol) in Dichlorethan (80 mL) werden bei Raumtemperatur zunächst Diisopropylethylamin (6,45 g, 50 mmol) und anschließend Bortrifluorid-diethyletherat (7,05 g, 50 mmol) getropft. Die resultierende Lösung wird erwärmt und für etwa 10 min unter Rückfluss erhitzt, bis sich die anfänglich blaue Lösung grün gefärbt hat und dünnschichtchromatographisch kein Edukt mehr nachzuweisen ist. Man lässt abkühlen und versetzt mit Wasser (100 mL). Die organische Phase wird dreimal mit Wasser (je 50 mL) gewaschen und das Lösemittel im Vakuum abgezogen. Der Rückstand wird zur Reinigung in Chloroform gelöst und über Kieselgel filtriert.
Ausbeute: 4,1 g (8,1 mmol, 81%), kupferfarbene Nadeln.
Schmp.: 256°C.
¹H-NMR (500 MHz, CDCl₃): 3.88 (s, 6H), 7.03 (d, 4Hm, J = 8.92), 7.29 (t, 2H, J = 7.01 Hz), 7.48 (t, 2H, J = 7.15), 7.65 (d, 2H, J = 8.11 Hz), 7.89 (d, 4H, J = 8.84 Hz), 8.09 (d, 2H, J = 8.00 Hz).
¹³C-NMR (125 MHz, CDCl₃): 55.36, 114.10, 121.14, 122.95, 124.14, 126.81, 130.11, 131.06, 132.04, 133.51, 139.09, 152.41, 161.32.
¹⁹F-NMR (228,2 MHz, CDCl₃): –129.70 (q, 2F, J = 31.0 Hz)
MS (ESI): Berechnet [M+1]: 506.3. Gefunden: 506.2.
Berechnet für C₂₈H₁₈BF₂N₃: C, 71.31, H 4.39, N 8.32. Gefunden: C 71.14, H 4.58, N 8.22.
Das Absorptionsspektrum der Verbindung B2 in Dichlormethan sowie das Cyclovoltammogram der Verbindung B2 in Dichlormethan mit Ferrocen als internem Standard und Tetrabutylammonium-hexafluorophosphat (1 mMol) als Leitsalz bei einer Scangeschwindigkeit von 100 mV/s bei 25°C gezeigt sind in 7 bzw. 8 gezeigt.
3. Herstellung von Diisoindolylazamethin-Komplexen der allgemeinen Struktur C
3a. Synthese von Bis-[3-(4-Methoxyphenyl)-2H-isoindol-1-yl]-[3-(4-methoxyphenyl)-isoindol-1-yliden]amin-Zink-Komplex (C1)
Zu einer Lösung von Verbindung A1 (5,05 g, 10 mMol) in Dichlorethan (80 mL) wird eine Lösung von Diisopropylethylamin (6,45 g, 50 mMol) und ZnCl₂ (7,0 g, 50 mMol) gegeben und anschließend für etwa 10 min unter Rückfluss erhitzt, bis sich die anfänglich blaue Lösung grün gefärbt hat und dünnschichtchromatographisch kein Edukt mehr nachzuweisen ist. Man lässt abkühlen und versetzt mit Wasser (100 mL). Die organische Phase wird dreimal mit Wasser (je 50 mL) gewaschen und das Lösemittel im Vakuum abgezogen. Der Rückstand wird zur Reinigung in Chloroform gelöst und über Kieselgel filtriert.
Ausbeute: 4,6 g (8,1 mMol, 88%), kupferfarbene Nadeln.
Zers.-Pkt. > 320°C
Ausführungsbeispiele
Unter Verwendung der beschriebenen Verbindungen des allgemeinen Formeltyps A, B und C kann eine arbeitsfähige Solarzelle aufgebaut werden. Das photoaktive Bauelement, in dem die oben genannten Verbindungen verwendet werden, zeichnet sich insbesondere durch eine hohe thermische Stabilität sowie durch eine gute Photostabilität aus, wodurch eine besonders lange Lebensdauer des Bauelements erreicht wird. Die photoaktiven Schichten können dabei in Solarzellen mit MiM, Mip, Min oder pii-Aufbau zum Einsatz kommen. (M = Metall, p bzw. n = p- bzw. n-dotierter, organischer oder anorganischer Halbleiter, i = intrisch-leitfähige Kombination organischer Schichten; vgl. z. B. J. Drechsel et al., Org. Electron., 5 (4), 175 (2004) oder Maennig et al., Appl. Phys. A79, 1–14 (2004)).
Die fotoaktiven Schichten können auch in Tandemsolarzellen (vg. Peumans et al. J. Appl. Phys. 93 (7), 3693–3723 (2003)) oder in Tandem/Mehrfachsolarzellen aus zwei oder mehr gestapelten MiM, Mip, Min oder pii-Dioden (vgl J. Drechsel et al. Thin Solid Films, 451452, 515–517 (2004)) verwendet werden. Dabei ist eine mehrfach Solarzelle aus mindestens zwei Elektroden und einem Stapel aus einer beliebigen Anzahl, mindestens jedoch zwei, Schichten aufgebaut, von denen mindestens eine Schicht Verbindungen des Typs A–C umfasst. Auch kann vorgesehen sein, eine weitere Schicht vorzusehen, die aus organischen und/oder anorganischen Materialien bestehen kann und als so genannter Konversionskontakt zur Rekombination von Elektronen und Löchern dient.
Ein erfindungsgemäßes fotoaktives Bauelement kann ferner Konversionskontakte aus dünnen Metallschichten, anorganischen Materialien (bspw. so genannte Nanokristalle, die aus Cluster aus Metall oder anorganischem Material mit einer Größe von weniger als 100 nm bestehen) oder organischen Materialien (bspw. dotierte oder undotierte Moleküle oder Polymere) enthalten.
Auch kann ein erfindungsgemäßes fotoaktives Bauelement Antidiffusionsschichten aus Metallen oder Übergangsmetallen, bspw. Titan, Palladium oder Chrom, enthalten.
Erfindungsgemäß können ebenfalls Materialien für das Bauelement vorgesehen sein, die der Verkapselung dienen, bspw. SiN oder SiO₂. Auch sind transparente Deckschichten aus organischen Materialien vorstellbar, nämlich N,N,N',N'-Tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidin oder Iris-(8-hydroxy-quinolinato)-aluminium, oder anorganische Materialien, wie TiO₂ oder SiO₂.
Das organische Bauelement gemäß der Erfindung oder Teile davon können auch in umgekehrter Reihenfolge („invertiert”) hergestellt werden, bspw. durch Austausch von Lochtransportschicht und Elektronentransportschicht oder Austausch von Top-Kontakt und Grundkontakt.
Das organische Bauelement kann ferner Kontakte aus dünnen Metallschichten aufweisen, die aus einem Metall oder einer Kombination aus mehreren Metallen aufgebaut sind. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung enthält in solchen elektrischen Kontakten Elemente ausgewählt aus Aluminium, Silber, Gold, Ytterbium, Chrom, Nickel, Magnesium und Eisen.
Auch ist denkbar, dass das Bauelement Kontakte aus organischem Material aufweist, das ein leitfähiges Polymer oder eine Kombination aus mehreren organischen Materialien sein kann. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung enthält Poly(ethylendioxythiophen):Poly(styrolsulfonat) [PEDOT:PSS].
Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße organische Bauelement auf einem Substrat hergestellt wird, bspw. auf Glas, Holz, Aluminiumfolie, einer Metalloberfläche, wie Stahl, Kupfer, etc., textilem Materialien oder Kunststofffolie.
Auf einem solchen Substrat kann bevorzugt ein Grundkontakt aus Metall, einen leitfähigen Polymer oder einem transparenten leitfähigen Oxid oder einer Kombination derselben vorhanden sein.
Die Herstellung eines solchen erfindungsgemäßen Bauelements ist einem Fachmann auf dem Gebiet bekannt. Das Bauelement oder zumindest Teile davon können hergestellt werden durch thermisches Verdampfen oder andere thermische Verfahren, durch Rotationsbeschichtung/Aufschleudern (spincoating), Eintauchen (dip-coating), Auftropfen (drop-casting), doctor-blading, chemische Dampfphasenabscheidung (chemical vapour phase deposition, CVPD, oder organic vapour phase deposition, OVPD), Elektrodeposition oder andere chemische, elektrochemische oder nasschemische Verfahren, Siebdruck, Offset-Druck, Inkjet-Printing oder andere auf Druck basierende Verfahren, Magnetron-Sputtern oder andere, auf Kathodenzerstäubung basierende Verfahren, Molekularstrahlepitaxie oder vergleichbare Verfahren, Rolle-zu-Rolle-Verfahren (roll-to-roll) oder vergleichbare Verfahren, Auflaminieren einer Folie oder vergleichbare Verfahren, selbst-strukturierende Monoschicht-Aufbauverfahren (so genannte „self-assembled monolayers”-Verfahren) oder vergleichbare Verfahren.
Basierend auf den in 9 gezeigten Schichtaufbauten wurden die folgenden beispielhaften Bauelemente hergestellt.
Beispiel 1: eine Probe auf Glas (1), mit transparentem Deckkontakt ITO (2), einer fotoaktiven Schicht Buckminster-Fulleren C60 (3), einer fotoaktiven Schicht aus Verbindungen des Formeltyps A–C (4), einer vergleichsweise dünnen undotierten Schicht PV-TPD (N,N'-di(4-(2,2-diphenyl-ethen-1-yl)-phenyl)-N,N'-di(4-methylphenylphenyl)benzidin) (5), einer dotierten Schicht PV-TPD (6), einer dotierten Schicht ZnPc (7) sowie einem Deckkontakt aus Gold (8). Die Schichten (5) bis (7) dienen der Kontaktierung der aktiven Schicht mit dem Deckkontakt.
Die Stromspannungscharakteristik einer solchen Zelle ist in 10 gezeigt. Die spektrale externe Quantenausbeute, definiert als Anzahl abgeführter Elektronen pro einfallendem Photon, ist in 11 dargestellt. Sie zeigt deutlich, dass sowohl C₆₀ als auch Verbindungen des Formeltyps A–C photoaktiv sind.
Häufige Materialien die für die aktive Schicht in Kombination mit den Verbindungen A–C verwendet werden können, sind unter anderem Metall (Zink, Kupfer, Blei, Chlor-Aluminium, Titan, Kobalt, usw.) Phthalocyanine (ZnPc, CuPc, PbPc, ClAlPc, TiPc, CoPc), Buckminster-Fullerene (z. B. C₆₀ oder C₇₀), Dicyanovinyl-Oligothiophen-Derivative (DCVxT), Perylenderivate (PTCDA, PTCDI), Naphthalenderivate (NTCDA, NTCDI), Pentacene, Rubrene, Diindenoperylene bzw. Polymermaterialien wie [6,6]-phenyl-C₆₁-butansäuremethylester oder Poly(3-Hexylthiophene) (PCBM oder P3HT).
Beispiel 2: eine Probe auf Glas (1), mit transparentem Deckkontakt ITO (2), einer fotoaktiven Mischschicht aus C₆₀ und Verbindungen des Formeltyps A–C (3), einer vergleichsweise dünnen undotierten Schicht PV-TPD (4), einer dotierten Schicht PV-TPD (5), einer dotierten Schicht ZnPc (6) sowie einem Deckkontakt aus Gold (7). Die Mischschicht (4) ermöglicht eine Erhöhung des erhältlichen Stromes, da deren Schichtdicke im Gegensatz zu Einzelschichten nicht durch die Diffusionslänge der Exzitonen beschränkt ist, sondern nur durch die Bedingung, dass die erzeugten Elektronen und Löcher über zusammenhängende Pfade die Mischschicht verlassen können müssen.
Beispiel 3 (Kombination aus Misch- und Einzelschichten): eine Probe auf Glas (1), mit transparentem Deckkontakt ITO (2), einer fotoaktiven Schicht Buckminster-Fulleren C₆₀ (3), einer fotoaktiven Mischschicht aus C₆₀ und Verbindungen des Formeltyps A–C (4), einer fotoaktiven Schicht aus Verbindungen des Formeltyps A–C (5) einer vergleichsweise dünnen undotierten Schicht PV-TPD (6), einer dotierten Schicht PV-TPD (7), einer dotierten Schicht ZnPc (8) sowie einem Deckkontakt aus Gold (9). Hierbei werden Misch- und Einzelschichten kombiniert, um die mögliche Stromdichte zu maximieren
Beispiel 4 (pii-Struktur): eine Probe auf Glas (1), mit transparentem Deckkontakt ITO (2), einer vergleichsweise sehr dünnen Schicht Gold (3), einer dotierten Schicht PV-TPD (4), einer vergleichsweise dünnen undotierten Schicht PV-TPD (5), einer fotoaktiven Schicht aus Verbindungen des Formeltyps A–C (6), einer fotoaktiven Mischschicht aus C₆₀ und Verbindungen des Formeltyps A–C (7), einer fotoaktiven Schicht Buckminster-Fulleren C₆₀ (8), einer vergleichsweise dünnen, exzitonenblockierenden Schicht Bphen (9) sowie einem Deckkontakt aus Aluminium (10).
Ein solcher Aufbau ermöglicht somit die Gegenwart aktiver Schichten, die Photonen absorbieren und die zusammen in einer gemischten Schicht aufgetragen werden (Beispiel 4, (6)).
Auch ist es erfindungsgemäß möglich, dass das organische fotoaktive Bauelement Materialien enthält, die als so genannte Exzitonen-Blocker-Schicht dienen, das heißt Exzitonen daran hindern sollen, zur Elektrode zu gelangen, siehe Beispiel 4, (8). Beispiele hierfür sind: Bathocuproin (BCP), 4,7-Diphenyl-1,10-phenanthrolin (Bphen).
Häufige Lochtransportmaterialien (9, Beispiel 4, Ziffer 4), die mit Verbindungen des Formeltyps A–C kombiniert werden können, sind 4,4',4''-tris(1-naphthylphenylamino)-triphenylamine (TNATA), N,N'-Di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine (alpha-NPD), 4,4'-Bis-(N,N-diphenylamino)-quaterphenyl (4P-TPD), N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(4'-(N,N-bis(naphth-1-yl)-amino)-biphenyl-4-yl)-benzidine (Di-NPB), N,N,N',N'-Tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine (MeO-TPD), Eine vorteilhafte Ausführung enthält in der Löchertransportschicht Materialien, die als Dotanden (Akzeptoren) dienen. Beispiel ist 2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethan (F4-TCNQ).
Beispiele für Elektronentransportmaterialien (ETL), die mit Verbindungen des Formeltyps A–C kombiniert werden können, sind 1,4,5,8-Naphthalen-tetracarbonsäure-dianhydrid (NTCDA) oder Buckminsterfulleren (C₆₀). Eine vorteilhafte Ausführung enthält in der ETL Materialien, die als Dotanden (Donatoren) dienen. Beispiel dafür ist (N,N,N',N'-tetramethylacridin-3,6-diamin) (AOB).
Unter Verwendung der beschriebenen Verbindungen des allgemeinen Formeltyps A, B und C kann ein arbeitsfähiger (organischer) Feldeffekttransistor aufgebaut werden. Die Architektur kann dabei sowohl in Top-Gate als auch in Bottom-Gate Form ausgeführt werden.
Zusätzlich kann zur Erhöhung der Ladungsträgerkonzentration die organische halbleitende Schicht aus Verbindungen A, B und C mit geeignteten Dotanden dotiert werden Beispiele hierfür ist (F4-TCNQ) als Akzeptor bzw. (AOB) als Donator.
Beispiel 5 (12): eine Probe auf Glas (1), Silizium (2) als Gate-Elektrode, oxidiertes Silizium (3) als Dielektrikum mit zwei Goldelektroden (4) als Source und (5) als Drain und der halbleitenden Schicht (6) aus Verbindungen des Formeltyps A–C.
Die in der vorliegenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren unterschiedlichsten Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Organisches halbleitendes Bauelement, das aus mehreren Schichten aufgebaut ist, wobei zumindest eine der Schichten zumindest eine Verbindung der allgemeinen Formel A, B oder C umfasst:
wobei M ein Metall-Ion ist, dessen Ladung vorzugsweise so bemessen ist, dass elektroneutrale Komplexe des Typ B bzw. C resultieren; jedes R unabhängig ausgewählt ist aus unsubstituiertem oder substituiertem C₁-C₂₀-Alkyl, C₁-C₂₀-Heteroalkyl, C₆-C₂₀-Aryl, C₆-C₂₀-Heteroaryl, gesättigtem oder ungesättigtem Carbo- oder Heterocyclus; L¹ und L², die gleich oder verschieden sein können, Atom- oder Molekülgruppierungen darstellen, die die Valenzschale von M absättigen; und -X_i- ein Molekülfragment darstellt, das mit der angrenzenden C-C-Doppelbindung des Pyrrolrings ein aromatisches oder heteroaromatisches Strukturelement ausbildet.
Organisches halbleitendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement ausgewählt ist aus einer organischen Solarzelle, einem Fotodetektor oder einem organischen Feldeffekttransistor.
Organisches halbleitendes Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass M für ein Metall-Ion steht, das ausgewählt ist aus Ionen der Elemente der 9. bis 13. Gruppe des Periodensystems der Elemente, vorzugsweise Co, Ni, Cu, Zn, Hg, B oder Al.
Organisches halbleitendes Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass X_i jeweils unabhängig ausgewählt ist aus
wobei R¹–R⁷ unabhängig ausgewählt sind aus Wasserstoff, Halogen, unsubstituiertem oder substituiertem C₁-C₂₀-Alkyl, C₁-C₂₀-Heteroalkyl, C₆-C₂₀-Aryl, C₆-C₂₈-Heteroaryl, gesättigtem oder ungesättigtem Carbo- oder Heterocyclus, oder wobei zwei benachbarte Reste R¹–R⁶ Bestandteile eines weiteren carbocyclischen oder heterocyclischen Rings sind; und wobei Q für eine zweibindige, die Elemente C, N, O oder S enthaltende Atomgruppierung steht.
Organisches halbleitendes Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass L¹ und L² unabhängig ausgewählt sind aus Halogen, Alkyl, Aryl, Alkyloxy, Aryloxy, Acyl, Aroyl, Alkenyl oder Alkinyl oder wobei L¹ und/oder L² jeweils an ein R gebunden ist bzw. sind.
Organisches halbleitendes Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine die Verbindung der Formel A, B oder C umfassende Schicht eine Lichtabsorberschicht oder Ladungsträgertransportschicht ist.
Organisches halbleitendes Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es fotoaktiv ist.