TWI646096B - Ｎ－氟烷基取代之二溴萘二亞胺及彼等做為半導體之用途 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於式I化合物，
其中R1及R2彼此獨立地選自1H,1H-C2-C10-全氟烷基及1H,1H,2H,2H-C3-C10-全氟烷基，唯其中R1及R2皆為1H,1H-全氟丁基之該式I化合物除外，及其用途，其尤其用作n型半導體。

Description

N-氟烷基取代之二溴萘二亞胺及彼等做為半導體之用途
本發明係關於N-氟烷基取代之二溴萘二亞胺及其用途，其係用作半導體、具體而言用作有機電子裝置中之半導體。
有機發光二極體(OLED)、光伏打(OPV)及場效應電晶體(OFET)之最近發展為有機電子裝置領域開闢了許多機會。此領域之一個挑戰係研發具有環境上穩定的高遷移率電子傳輸(n型)有機半導體之薄膜裝置。因此，OFET之一個重要關鍵參數係載流子遷移率，其與半導體導電率成正比且另一關鍵參數係導通/關斷電流比。增加此比率對於OFET之切換樣性質較為重要。有機n型材料之性能及穩定性顯著落後於其p型對應物。發展有機n型材料技術之一些挑戰包括其對環境條件(例如，空氣)之脆弱性及溶液可處理性。舉例而言，期望該等材料可溶於常見溶劑中，使得其可調配成用於廉價印刷製程之油墨或可在低溫下溶液處理成薄膜形式。該等技術可使得OFET製造較物理沈積技術所容許的更簡單且成本更有效。當用於有機場效電晶體(OFET)中時，有機半導體材料應顯示良好場效遷移率及高導通/關斷電流比。
WO 2012/095790闡述2,6-二溴-N,N'-雙(1H,1H-全氟丁基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)作為製備氰硫基或異氰硫基取代之萘二亞胺及萘嵌苯二亞胺化合物中之中間體化合物。並未闡述2,6-二溴-N,N'- 雙(1H,1H-全氟丁基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)作為半導體在有機電子裝置中之用途。
在萘支架上攜載至少一個選自Br、F及CN之取代基之萘-1,8；4,5-四甲酸二醯亞胺、具體而言彼等闡述於WO 2007/074137中者已經展示為有效n-半導體。然而，如本發明者所發現，在一些情形下，該等化合物之溶液可處理性、該等化合物在有機電子裝置中之場效遷移率及/或導通/關斷電流比並非總是完全令人滿意。
因此，假定可應用於可藉由高生產量製造產生之廉價及大面積有機電子裝置中，則本發明之目標係提供具有合意性質(例如高場效遷移率、高導通/關斷比、於常見溶劑中之良好溶解度及空氣穩定性，尤其高導通/關斷比、於常見溶劑中之良好溶解度及空氣穩定性)之半導體化合物。
該等及其他目標可藉由下文所定義之式I之N-氟烷基取代之二溴萘二亞胺達成。
因此，本發明提供式I化合物
其中R1及R2 彼此獨立地選自1H,1H-C2-C10-全氟烷基及1H,1H,2H,2H-C3-C10-全氟烷基
唯其中R1及R2皆為1H,1H-全氟丁基之式I化合物除外。
根據本發明之另一態樣，提供如上下文所定義之式I化合物之用 途，其用作半導體材料，尤其用於有機場效電晶體及有機光伏打裝置。
本發明亦提供包含式I化合物之薄膜半導體。
根據本發明之另一態樣，提供有機場效電晶體，其包含具有至少一個閘極結構、源極電極及汲極電極之基板及至少一種如上下文所定義之式I化合物作為半導體材料。
式I化合物原則上可用作n型半導體或p型半導體。式I化合物充當n型半導體抑或p型半導體尤其取決於所使用的閘極電介質。閘極電介質通常係以適宜化合物(例如具有或多或少電負性取代基之矽烷、烷基膦酸、氟烷基膦酸等)之自組裝單層(SAM)形式使用。藉由選擇某一SAM閘極電介質或不同SAM閘極電介質之某一混合物，可控制半導體材料之性質。在使用兩種不同半導體之組合之電子裝置(例如有機太陽能電池)中，式I化合物充當n型半導體抑或p型半導體取決於相應半導體材料。式I化合物尤其適宜作為n-半導體。
依據申請專利範圍、說明及實例，本發明之其他實施例顯而易見。
在較佳實施例中，使用式I化合物作為有機電子裝置或有機光伏打裝置中之半導體材料，尤其作為n-半導體材料。
已發現，本發明之二溴萘二亞胺化合物具有半導體活性。自該等化合物製備之材料已展示意想不到的性質。已發現本發明化合物在場效裝置(例如，薄膜電晶體)中具有高場效遷移率及/或良好電流調節特徵。另外，已發現，與相關代表性化合物相比，本發明化合物可具有諸如利於溶液處理之更好溶解度及/或在環境條件下之良好穩定性(例如，空氣穩定性)等某些處理優點。此外，可將該等化合物嵌入其 他組件中以用於各種基於半導體之裝置。
如本文所用，術語「1H,1H-C2-C10-全氟烷基」係指C1-C9-全氟烷基-CH2-基團，其經由CH2結合至分子之剩餘部分且其中C1-C9-全氟烷基係具有1至9個碳原子之直鏈或具支鏈烷基，其中所有氫原子皆經氟原子替代。C1-C9-全氟烷基之實例係三氟甲基、五氟乙基、正全氟丙基、異全氟丙基、正全氟丁基、異全氟丁基、第三全氟丁基、第二全氟丁基、正全氟戊基、異全氟戊基、第二全氟戊基、第三全氟戊基、新全氟戊基及諸如此類。直鏈1H,1H-C2-C10-全氟烷基之實例包括2,2,2-三氟乙基、2,2,3,3,3-五氟丙基、2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基、2,2,3,3,4,4,5,5,5-九氟戊基、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,6-十一氟己基、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,7-十三氟庚基、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十五氟辛基、2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-十七氟壬基及2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-十九氟癸基。具支鏈1H,1H-C4-C10-全氟烷基之實例包括2,3,3,3-四氟-2-(三氟甲基)丙基、2,3,3,4,4,4-六氟-2-(三氟甲基)丁基、3,3,4,4,4-五氟-2,2-雙(三氟甲基)丁基及諸如此類。
如本文所用，術語「1H,1H,2H,2H-C3-C10-全氟烷基」係指C1-C8-全氟烷基-CH2-CH2-基團，其經由CH2-CH2-結合至分子之剩餘部分，且其中C1-C8-全氟烷基係具有1至8個碳原子之直鏈或具支鏈烷基，其中所有氫原子皆經氟原子替代，如上文所定義。直鏈1H,1H,2H,2H-C3-C10-全氟烷基之實例包括3,3,3-三氟丙基、3,3,4,4,4-五氟丁基、3,3,4,4,5,5,5-七氟戊基、3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,7-十一氟庚基、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟辛基、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,9-十五氟壬基及3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10,10,10-十七氟癸基。具支鏈1H,1H-C5-C10-全氟烷基之實例包括3,4,4,4-四氟-3-(三氟甲基)丁基、4,4,4-三氟-3,3- 雙(三氟甲基)丁基、3,3,5,5,5-五氟-4,4-雙(三氟甲基)戊基諸如此類。
如本文所使用，「n型半導體材料」或「n型半導體」係指具有電子作為大多數電流載流子之半導體材料。在一些實施例中，當將n型半導體材料沈積於基板上時，其可提供超過約10-5cm2/Vs之電子遷移率。
如本文所使用，「場效遷移率μ」(亦稱作「電荷傳輸遷移率μ」)係指電荷載流子(例如，在n型半導體材料之情形下的電子)在電場之影響下移動穿過材料之速率之量度。
如本文所使用，「導通/關斷電流比」(亦稱作導通/關斷比)係最大汲極電流對最小汲極電流之比率，其隨飽和情況中之閘-源電壓VGS變化。
如本文所使用，當將化合物暴露於環境條件(例如，空氣、環境溫度及濕度)達一段時間時該化合物之遷移率或還原電位維持在約其初始量測時，可認為該化合物係「環境穩定的」或「在環境條件下穩定的」。舉例而言，若在暴露於環境條件(即空氣、濕度及溫度)達3天、較佳地5天或更佳10天或更長之時段後，化合物之遷移率或還原電位自其初始值之變化不超過20%或較佳地不超過10%，則可將該化合物闡述為環境穩定的。
如本文所使用，「溶液可處理」係指可用於各種溶液相製程(包括旋塗、印刷(例如，噴墨印刷、網版印刷、移動印刷、凹版印刷、柔版印刷、套版印刷、微接觸印刷及微影印刷)、噴霧、電噴塗、滴鑄、區澆注、浸塗及刮塗)中之化合物、材料、或組合物。
就式I化合物在有機電子裝置中之使用而言，變量R1、R2各自獨立地較佳地選自直鏈1H,1H-C2-C6-全氟烷基。更佳地，R1及R2彼此獨立地選自2,2,2-三氟乙基、2,2,3,3,3-五氟丙基、2,2,3,3,4,4,5,5,5-九氟戊基及2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,6-十一氟己基。
根據更佳實施例，R1及R2具有相同含義。
具體而言，式I化合物係選自2,6-二溴-N,N'-雙(2,2,2-三氟乙基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)；2,6-二溴-N,N'-雙(1H,1H-全氟丙基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)；及2,6-二溴-N,N'-雙(1H,1H-全氟戊基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)。
在更具體實施例中，式I化合物係2,6-二溴-N,N'-雙(1H,1H-全氟戊基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)。
可藉由使用闡述於WO 2012/095790及WO 2007/074137中用以合成類似化合物之方法製備式I化合物，且該製備係藉助合成方案1中之實例亦及於下文實驗部分進行概述。若未另外指示，則合成方案中之變量具有與式I中相同之含義。
在方案1之步驟i)中，使式II之萘-1,8；4，5-四羧酸二酐經受與式R1-NH2之胺及(若適當)式R2-NH2之胺之反應，以獲得式III之亞胺化合物。
該反應可如H.E.Katz等人之Materials Research Society Symposium Proceedings(2001),665(Electronics,Optical and Optoelectronic Polymers and Oligomers),271-280或J.H.Oh等人之Adv. Funct.Mater.2010,20,2148-2156中所闡述實施。
在方案1之步驟ii)中，使式III化合物之亞胺經受利用N,N'-二溴異三聚氰酸之溴化。步驟ii)中之溴化係使用95%至97%強度的硫酸來實現。步驟ii)中之反應溫度通常為室溫。
式I化合物具有以下優於已知有機半導體材料之優點中之至少一者：- 高電荷傳輸遷移率；- 空氣穩定性；- 高導通/關斷電流比；- 用於基於溶劑之製程中之適合性。
具體而言，本發明化合物因其空氣穩定性而引人注意。其亦具有高電荷傳輸遷移率。其亦具有高導通/關斷電流比。另外，其適用於濕式處理方法。
式I化合物有利地適於有機場效電晶體。其可用於(例如)產生積體電路(IC)，因此迄今已使用常規n-通道MOSFET(金屬氧化物半導體場效電晶體)。該等然後係CMOS樣半導體單元，例如用於微處理器、微控制器、靜態RAM及其他數位邏輯電路。為產生半導體材料，可藉由以下製程中之一者進一步處理式I化合物：印刷(套版印刷、柔版印刷、凹版印刷、絲網印刷、噴墨印刷、電子照相術)、蒸發、雷射轉印、光微影、滴鑄。其尤其適於用於顯示器(特定而言大表面積及/或撓性顯示器)、RFID標籤、智能標記及感測器。
式I化合物有利地適宜作為有機場效電晶體、有機太陽能電池及有機發光二極體中之電子導體。其亦尤其有利的作為激子太陽能電池中之激子傳輸材料。
本發明進一步提供有機場效電晶體，其包含具有至少一個閘極結構、源極電極及汲極電極之基板及至少一種如上文所定義之式I化 合物作為半導體、尤其n-半導體。
本發明進一步提供具有複數個有機場效電晶體之基板，其中至少一些場效電晶體包含至少一種如上文所定義之式I化合物。
本發明亦提供包含至少一個該基板之半導體單元。
特定實施例係具有有機場效電晶體之圖案(形貌)之基板，每一電晶體包含- 有機半導體，其安置於基板上；- 閘極結構，其用於控制導電通道之導電率；及- 導電源極電極及汲極電極，其於通道之兩個末端處，有機半導體由至少一種式I化合物組成或包含式I化合物。另外，有機場效電晶體通常包含電介質。
特定實施例係具有有機場效電晶體之圖案(形貌)之基板，每一電晶體包含- 有機半導體，其安置於基板上之緩衝層上；- 閘極結構，其用於控制導電通道之導電率；及- 導電源極電極及汲極電極，其於通道之兩個末端處，有機半導體由至少一種式I化合物組成或包含式I化合物。另外，有機場效電晶體通常包含電介質。
作為緩衝層，任何介電材料均適宜，例如無機材料(例如LIF、AlOx、SiO2或氮化矽)或有機材料(例如聚醯亞胺或聚丙烯酸酯，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))。
另一特定實施例係具有有機場效電晶體之圖案之基板，每一電晶體形成積體電路或為積體電路之一部分且至少一些電晶體包含至少一種式I化合物。
適宜基板原則上係出於此目的已知之材料。適宜基板包含(例如)金屬(較佳地週期表之第8族、第9族、第10族或第11族之金屬(例如 Au、Ag、Cu))、氧化材料((例如)玻璃、陶瓷、SiO2、尤其石英)、半導體(例如經摻雜Si、經摻雜Ge)、金屬合金(例如基於Au、Ag、Cu等)、半導體合金、聚合物(例如聚氯乙烯、聚烯烴(例如聚乙烯及聚丙烯)、聚酯(例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚碳酸酯)、氟聚合物、聚醯胺、聚醯亞胺、聚胺基甲酸酯、聚醚碸、聚(甲基)丙烯酸烷基酯、聚苯乙烯及其混合物及複合物)、無機固體(例如氯化銨)、紙及其組合。基板可具有撓性或無撓性，且具有彎曲或平面幾何形狀，此端視期望用途而定。
用於半導體單元之典型基板包含基質(例如石英或聚合物基質)及視情況介電頂層。
適宜電介質係SiO2、聚苯乙烯、聚-α-甲基苯乙烯、聚烯烴((例如)聚丙烯、聚乙烯、聚異丁烯)、聚乙烯基咔唑、氟化聚合物(例如Cytop)、氰基聚三葡萄糖(例如CYMM)、聚乙烯基酚、聚-對-二甲苯、聚氯乙烯或可以熱方式或藉由大氣水分交聯之聚合物。特定電介質係「自組裝奈米電介質」，即自包含SiCl官能基之單體獲得之聚合物，例如Cl3SiOSiCl3、Cl3Si-(CH2)6-SiCl3、Cl3Si-(CH2)12-SiCl3，及/或藉由大氣水分或藉由添加利用溶劑稀釋之水交聯之聚合物(例如參見Facchetti,Adv.Mater.2005,17,1705-1725)。代替水，含羥基聚合物(例如聚乙烯基酚或聚乙烯醇或乙烯基酚及苯乙烯之共聚物)亦可用作交聯組份。交聯操作期間亦可存在至少一種其他聚合物(例如聚苯乙烯)，然後亦使其交聯(參見Facchetti，美國專利申請案2006/0202195)。
基板可另外具有電極(例如OFET之閘極、汲極及源極電極)，該等電極通常定位於基板上(例如沈積至電介質上或嵌入電介質上之非導電層中)。基板可另外包含OFET之導電閘極電極，該等電極通常佈置於介電頂層(即閘極電介質)下方。
在特定實施例中，絕緣體層(閘極絕緣層)存在於基板表面之至少一部分上。絕緣體層包含至少一種絕緣體，其較佳地選自無機絕緣體(例如SiO2、氮化矽(Si3N4)等)、鐵電絕緣體(例如Al2O3、Ta2O5、La2O5、TiO2、Y2O3等)、有機絕緣體(例如聚醯亞胺、苯并環丁烯(BCB)、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯等)及其組合。
適用於源極電極及汲極電極之材料原則上係導電材料。該等材料包括金屬，較佳地週期表之第6族、第7族、第8族、第9族、第10族、或第11族之金屬，例如Pd、Au、Ag、Cu、Al、Ni、Cr等。導電聚合物(例如PEDOT(=聚(3,4-乙烯二氧噻吩))：PSS(=聚(苯乙烯磺酸酯))、聚苯胺)、表面改質之金等亦係適宜的。較佳導電材料之比電阻小於10-3歐姆×米，較佳地小於10-4歐姆×米，尤其小於10-6歐姆×米或10-7歐姆×米。
在特定實施例中，汲極及源極電極至少部分地存在於有機半導體材料上。應瞭解，基板可包含如半導體材料或IC(例如絕緣體、電阻器、電容器、導體軌道等)中通常使用之其他組份。
可藉由常規製程(例如蒸發或濺鍍)、微影製程或另一結構化製程(例如印刷技術)施加電極。
亦可藉由印刷利用呈分散相之適宜輔助物(聚合物、表面活性劑)處理半導體材料。
在第一較佳實施例中，藉由氣相沈積製程(物理氣相沈積，PVD)來沈積至少一種通式I化合物(及(若適當)其他半導體材料)。PVD製程係在高真空條件下實施且包含以下步驟：蒸發、傳輸、沈積。已令人吃驚地發現，通式I之化合物可尤其有利地適用於PVD製程中，此乃因其基本上並不分解及/或形成不期望之副產物。以高純度獲得所沈積材料。在特定實施例中，所沈積材料係以晶體形式獲得或包含高結晶含量。一般而言，對於PVD而言，將至少一種通式I化合物加熱至 高於其蒸發溫度之溫度並藉由冷卻至低於結晶溫度來沈積於基板上。沈積中基板之溫度較佳地在約20℃至250℃、更佳50℃至200℃之範圍內。已驚奇地發現，式I化合物之沈積中升高之基板溫度可能對所達成半導體元件之性質具有有利效應。
所得半導體層之厚度通常足以形成與源極/汲極電極接觸之半導體通道。可在惰性氣氛(例如在氮、氬或氦下)實現沈積。
通常在環境壓力或減壓下實現沈積。適宜壓力範圍為約10-12巴(bar)至1.5巴。
式I化合物較佳地以10nm至1000nm、更佳地15nm至250nm之厚度沈積於基板上。在特定實施例中，式I化合物至少部分地以結晶形式沈積。出於此目的，上述PVD製程尤其適宜。另外，可使用先前製得之有機半導體晶體。用於獲得該等晶體之適宜製程由R.A.Laudise等人闡述於「Physical Vapor Growth of Organic Semi-Conductors」,Journal of Crystal Growth 187(1998)，第449-454頁及「Physical Vapor Growth of Centimeter-sized Crystals of α-Hexathiophene」,Journal of Crystal Growth 1982(1997)，第416-427頁中，該等文獻係以引用方式併入本文中。
在另一較佳實施例中，藉由旋塗實現至少一種式I化合物(及(若適當)其他半導體材料)之沈積。令人驚訝的是，因此亦可在濕式處理方法中使用根據本發明使用之式I化合物來產生半導體基板。因此，式I化合物應亦適於藉由印刷製程產生半導體元件，尤其OFET或基於OFET之元件。出於此目的可使用常規印刷或塗覆製程(噴墨印刷、柔版印刷、套版印刷、凹版印刷；凹紋印刷、奈米印刷、狹縫塗覆)。對於在印刷製程中使用式I化合物的較佳溶劑係芳香族溶劑，例如甲苯、二甲苯等。亦可將增稠物質(例如聚合物，例如聚苯乙烯等)添加至該等「半導體油墨」中。在此情形中，所用電介質係上文所提及之 化合物。
在較佳實施例中，本發明場效電晶體係薄膜電晶體(TFT)。在常規構造中，薄膜電晶體具有安置於基板或緩衝層(緩衝層為基板之一部分)上之閘極電極、安置於該閘極電極及基板上之閘極絕緣層、安置於閘極絕緣體層上之半導體層、於半導體層上之歐姆接觸層，及於歐姆接觸層上之源極電極及汲極電極。
在較佳實施例中，在沈積至少一種式I化合物(及若適當至少一種其他半導體材料)前使基板之表面經受改質。此改質用於形成結合半導體材料之區域及/或於其上可不沈積半導體材料之區域。較佳地利用至少一種適宜與基板之表面及式I化合物結合之化合物(C1)改質基板之表面。在適宜實施例中，利用至少一種化合物(C1)塗覆基板之表面之一部分或整個表面，以便使得能夠改良至少一種式I化合物(及若適當其他半導電化台物)的沈積。另一實施例包含藉由相應生產製程在基板上沈積式(C1)化合物之圖案。該等包括已知用於此目的之遮罩製程及所謂的「圖案化」製程，如(例如)US 20070190783中所闡述，該案係以全文引用方式併入本文。
適宜的式(C1)化合物能夠與基板及與至少一種半導體式I化合物發生結合相互作用。術語結合相互作用包含形成化學鍵(共價鍵)、離子鍵、配位相互作用、凡得瓦(van der Waals)相互作用(例如偶極間相互作用)等及其組合。適宜的式(C1)化合物為：
- 矽烷、膦酸、羧酸、羥肟酸，例如烷基三氯矽烷，例如正-十八烷基三氯矽烷；具有三烷氧基矽烷基團的化合物，例如烷基三烷氧基矽烷，例如正-十八烷基三甲氧基矽烷、正-十八烷基三乙氧基矽烷、正-十八烷基三(正丙基)氧基矽烷、正-十八烷基三(異丙基)氧基矽烷；三烷氧基胺基烷基矽烷，例如三乙氧基胺基丙基矽烷及N[(3-三乙氧基矽基)丙基]乙二胺；三烷氧基烷基3-縮水甘油基醚矽烷，例如 三乙氧基丙基3-縮水甘油基醚矽烷；三烷氧基烯丙基矽烷，例如烯丙基三甲氧基矽烷；三烷氧基(異氰醯基烷基)矽烷；三烷氧基矽基(甲基)丙烯醯基氧基烷烴及三烷氧基矽基(甲基)丙烯醯胺基烷烴，例如1-三乙氧基矽基-3-丙烯醯基-氧基丙烷。
- 胺、膦及含硫化合物，尤其硫醇。
化合物(C1)較佳地選自烷基三烷氧基矽烷，尤其正-十八烷基三甲氧基矽烷、正-十八烷基三乙氧基矽烷；六烷基二矽氮烷，且尤其六甲基二矽氮烷(HMDS)；C8-C30-烷基硫醇，尤其十六烷硫醇；巰基羧酸及巰基磺酸，尤其巰基乙酸、3-巰基丙酸、巰基琥珀酸、3-巰基-1-丙烷磺酸及鹼金屬及其銨鹽。
亦可想像包含本發明半導體之各種半導體架構，例如頂部觸點、頂部閘極、底部觸點、底部閘極或者垂直構造物，例如VOFET(垂直有機場效電晶體)，如(例如)在US 2004/0046182中所闡述。
較佳半導體架構係如下：1.基板、電介質、有機半導體，較佳地閘極、電介質、有機半導體、源極及汲極，稱為「底部閘極頂部觸點」；2.基板、電介質、有機半導體，較佳地基板、閘極、電介質、源極及汲極、有機半導體，稱為「底部閘極底部觸點」；3.基板、有機半導體、電介質，較佳地基板、源極及汲極、有機半導體、電介質、閘極，稱為「頂部閘極底部觸點」；4.基板、有機半導體、電介質，較佳地基板、有機半導體、源極及汲極、電介質、閘極，稱為「頂部閘極頂部觸點」；較佳者係頂部閘極底部觸點。同樣，較佳者係底部閘極底部觸點。
層厚度為(例如)10nm至5μm(在半導體中)、50nm至10μm(在電介質中)；電極可為(例如)20nm至10μm。OFET亦可經組合以形成 其他組件，例如環形振盪器或轉換器。
本發明之另一態樣係提供包含複數個半導體組件之電子組件，該等半導體組件可為n型及/或p型半導體。該等組件之實例係場效電晶體(FET)、雙極性接面電晶體(BJT)、隧道二極體、轉化器、發光組件、生物及化學檢測器或感測器、溫度依賴型檢測器、光檢測器(例如偏振敏感型光檢測器)、閘極、AND、NAND、NOT、OR、TOR及NOR閘極、暫存器、切換器、定時器單元、靜態或動態儲存器及其他動態或序列組件、邏輯組件或其他數位組件(包括可程式化切換器)。
特定半導體元件係轉換器。在數位邏輯中，轉換器係轉換輸入信號的閘極。轉換器亦稱作NOT閘極。實際轉換器切換器具有構成輸入電流之相對物之輸出電流。TTL切換器之典型值為(例如)(0,+5V)。數位轉換器之性能再產生電壓轉移曲線(VTC)，亦即，輸入電流對輸出電流之圖形。理想地，其係階函數，且實際量測的曲線與此一階愈接近，轉換器愈好。在本發明之特定實施例中，式I化合物在轉換器中用作有機半導體。
式I化合物亦尤其有利地適用於有機光伏打裝置(OPV)中。較佳者係其用於特徵在於激發態之擴散(激子擴散)之太陽能電池中。在此情形中，所用半導體材料中的一種或兩種因激發態擴散(激子遷移率)而引人關注。至少一種特徵在於激發態擴散的半導體材料與允許沿聚合物鏈傳導激發態之聚合物的組合亦係適宜的。在本發明之上下文中，該等太陽能電池稱作激子太陽能電池。太陽能電池中太陽能向電能的直接轉化係基於半導體材料之內部光效應，亦即藉由吸收光子生成電子-電洞對並分離p-n過渡或肖特基觸點(Schottky contact)處的負電荷及正電荷載流子。例如，當光子滲透至半導體中並激發電子以自價帶轉移至傳導帶中時，可形成激子。然而，為生成電流，藉由所吸收光子生成之激發態必須達到p-n過渡以便生成電洞及電子，其然後 流動至陽極及陰極。由此生成的光電壓可在外部電路中引起光電流，藉助該電流太陽能電池遞送其功率。半導體可僅吸收彼等具有大於其帶隙之能量的光子。因此，半導體帶隙之大小決定可轉化為電能之日光之比例。太陽能電池通常由兩種具有不同帶隙的吸收材料組成，以便極有效地利用太陽能。大多數有機半導體具有至多10nm之激子擴散長度。本文仍需要藉助其可將激發態傳輸非常遠的距離的有機半導體。現在已驚奇地發現，上文所闡述之式I化合物尤其有利地適用於激子太陽能電池中。
有機太陽能電池通常具有層結構且通常包含至少以下層：陽極、光活性層及陰極。通常將該等層施加至適於此目的之基板。有機太陽能電池之結構闡述於(例如)US 2005/0098726及US 2005/0224905中。
本發明提供有機太陽能電池，其包含具有至少一個陰極及至少一個陽極之基板，及至少一種如上文所定義之式I化合物作為光活性材料。本發明有機太陽能電池包含至少一個光活性區域。光活性區域可包含兩個層，該等層中之每一者具有均質組合物且形成平坦供體-受體異質接面。光活性區域亦可包含混合層且形成呈供體-受體本體異質接面形式之供體-受體異質接面。具有呈本體異質接面形式之光活性供體-受體過渡之有機太陽能電池係本發明之較佳實施例。
適於有機太陽能電池之基板係(例如)氧化材料、聚合物及其組合。較佳氧化材料係選自玻璃、陶瓷、SiO2、石英等。較佳聚合物係選自聚對苯二甲酸乙二酯、聚烯烴((例如聚乙烯及聚丙烯)、聚酯、氟聚合物、聚醯胺、聚胺基甲酸酯、聚(甲基)丙烯酸烷基酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯及混合物及複合物。
適宜電極(陰極、陽極)原則上為金屬、半導體、金屬合金、半導體合金、其奈米線及其組合。較佳金屬係週期表之第2族、第8族、第 9族、第10族、第11族或第13族的金屬，例如Pt、Au、Ag、Cu、Al、In、Mg或Ca。較佳半導體係(例如)經摻雜Si、經摻雜Ge、銦錫氧化物(ITO)、氟化氧化錫(FTO)、鎵銦錫氧化物(GITO)、鋅銦錫氧化物(ZITO)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT-PSS)等。較佳金屬合金係(例如)基於Pt、Au、Ag、Cu等之合金。特定實施例係Mg/Ag合金。
用於面對光之電極(正常結構中為陽極，反向結構中為陰極)之材料較佳地為至少部分地透過入射光之材料。此較佳地包括使玻璃及/或透明聚合物作為載流子材料之電極。適宜作為載流子之透明聚合物係彼等上文所提及者，例如聚對苯二甲酸乙二酯。通常藉助金屬層及/或透明導電氧化物(TCO)實現電接觸連接。該等較佳地包括ITO、經摻雜ITO、FTO(氟摻雜之錫氧化物)、AZO(鋁摻雜之錫氧化物)、ZnO、TiO2、Ag、Au、Pt。尤佳者係用於接觸連接之ITO。對於電接觸連接，亦可使用導電聚合物，例如聚-3,4-伸烷基二氧基噻吩，例如聚-3,4-伸乙氧基噻吩聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT)。
面對光的電極經構形使得其足夠薄以引起僅最小光吸收但足夠厚以使得能夠良好電荷傳輸所抽取之電荷載流子。電極層(無載流子材料)之厚度較佳地在20nm至200nm之範圍內。
在特定實施例中，背對光之電極(正常結構中為陰極，反向結構中為陽極)所使用的材料為至少部分地反射入射光之材料。此包括金屬膜，較佳地Ag、Au、Al、Ca、Mg、In及其混合物之膜。較佳混合物為Mg/Al。電極層之厚度較佳地在20nm至300nm之範圍內。
光活性區域包含至少一個包含至少一種如上文所定義之式I化合物的層或由該至少一個層組成。另外，光活性區域可具有一或多個其他層。該等係選自(例如)- 具有電子傳導性質之層(電子傳輸層，ETL)， - 包含電洞傳導材料之層(電洞傳輸層，HTL)，其不需要吸收任何輻射，- 激子-及電洞阻擋層(例如EBL)，其必須不吸收，及- 累增層。
下文詳細闡述該等層之適宜材料。
適宜的激子阻擋層及電洞阻擋層闡述於(例如)US 6,451,415中。激子阻擋層的適宜材料係(例如)浴銅靈(bathocuproin，BCP)、4,4',4"-叁[3-甲基苯基-N-苯基胺基]三苯基胺(m-MTDATA)。
本發明太陽能電池包含至少一個光活性供體-受體異質接面。有機材料之光學激發生成激子。為產生光電流，通常必須分離在兩種相異接觸材料間之供體-受體界面處的電子-電洞對。在此一界面處，供體材料與受體材料形成異質接面。當電荷未經分離時，其可在亦稱為「驟冷」之過程中藉由發射能量低於入射光之光以輻射方式或藉由生成熱以非輻射方式重組。不期望兩個製程。根據本發明，至少一種式I化合物可用作電荷生成體(供體)或用作電子受體材料。
若使用至少一種式I化合物作為電荷生成體(供體)，則其可與適當電子受體材料(ETM，電子傳輸材料)組合。在輻射激發後電子快速轉移至ETM。適宜ETM係(例如)C60富勒烯及其他富勒烯、苝-3,4；9,10-雙(二甲醯亞胺)(PTCDI)或其n摻雜之層(如下文所闡述)。較佳ETM係C60富勒烯及其他富勒烯或其n摻雜之層。
在第一實施例種，異質接面具有平坦構形(參見：Two layer organic photovoltaic cell,C.W.Tang,Appl.Phys.Lett.,48(2),183-185(1986)或N.Karl,A.Bauer,J.Holzäpfel,J.Marktanner,M.Möbus,F.Stölzle,Mol.Cryst.Liq.Cryst.,252,243-258(1994).)。
在第二較佳實施例中，異質接面經構形為本體(混合)異質接面，其亦稱作互穿供體-受體網絡。具有本體異質接面之有機光伏打電池 係由(例如)C.J.Brabec,N.S.Sariciftci,J.C.Hummelen在Adv.Funct.Mater.,11(1),15(2001)中或由J.Xue,B.P.Rand,S.Uchida及S.R.Forrest在J.Appl.Phys.98,124903(2005)中進行闡述。本體異質接面在下文進行詳細論述。
式I化合物可用作具有MiM、pin、pn、Mip或Min結構之電池中之光活性材料(M=金屬，p=p摻雜之有機或無機半導體，n=n摻雜之有機或無機半導體，i=有機層之固有導電系統；例如參見J.Drechsel等人，Org.Electron.,5(4),175(2004)或Maennig等人，Appl.Phys.A 79,1-14(2004))。
式I化合物亦可用作串接電池中之光活性材料。適宜串接電池係由(例如)P.Peumans,A.Yakimov,S.R.Forrest in J.Appl.Phys.,93(7),3693-3723(2003)進行闡述(亦參見US 4,461,922、US 6,198,091及US 6,198,092)且於下文進行詳細闡述。式I化合物於串接電池中之用途係本發明之較佳實施例。
式I化合物亦可用作串接電池中之光活性材料，該等電池係自兩種或兩種以上的堆疊MiM、pin、Mip或Min結構構造成(參見DE 103 13 232.5及J.Drechsel等人之Thin Solid Films,451452,515-517(2004))。
M層、n層、i層及p層之層厚度通常在10nm至1000nm、更佳10nm至400nm之範圍內。可藉由熟習此項技術者習知之常規製程產生形成太陽能電池之層。該等包括在減壓下或在惰性氣體氛圍中之氣相沈積、雷射剝蝕或溶液或分散液處理方法，例如旋塗、刮塗、澆注方法、噴霧施加、浸塗或印刷(例如噴墨印刷、柔版印刷、套版印刷、凹版印刷；凹紋印刷、奈米壓印)。在特定實施例中，藉由氣相沈積製程產生整個太陽能電池。
為改良有機太陽能電池之效率，可縮短激子必須擴散穿過的平 均距離以便到達下一供體-受體界面。為此，可使用供體材料及受體材料之混合層，該等層形成其中內部供體-受體異質接面係可能的互穿網絡。此本體異質接面係混合層之特定形式，其中所生成之激子在其到達域邊界前僅需要行進極短的距離，該等激子在該域邊界處被分離。
在較佳實施例中，藉由氣相沈積製程(物理氣相沈積，PVD)產生呈本體異質接面形式之光活性供體-受體過渡。適宜製程闡述於(例如)本文所參考之US 2005/0227406中。為此，可以共昇華之方式使式I化合物及互補半導體材料經受氣相沈積。PVD製程係在高真空條件下實施且包含以下步驟：蒸發、傳輸、沈積。較佳地在約10-2毫巴(mbar)至10-8毫巴、例如10-5毫巴至10-8毫巴範圍內之壓力下實現沈積。沈積速率較佳地在0.01nm/s至100nm/s範圍內。可在惰性氣體氛圍中、例如在氮、氦或氬下實現沈積。沈積期間之基板之溫度較佳地在-100℃至300℃、更佳-50℃至250℃之範圍內。
可藉由已知製程產生有機太陽能電池之其他層。該等包括在減壓下或在惰性氣體氛圍中之氣相沈積、雷射剝蝕或溶液或分散液處理方法，例如旋塗、刮塗、澆注方法、噴霧施加、浸塗或印刷(例如噴墨印刷、柔版印刷、套版印刷、凹版印刷；凹紋印刷、奈米壓印)。在特定實施例中，藉由氣相沈積製程產生整個太陽能電池。
可使光活性層(均質層或混合層)在其產生後或在產生形成太陽能電池之其他層後直接經受熱處理。在許多情形下，此一熱處理可進一步改良光活性層之形態。溫度較佳地在約60℃至300℃之範圍內。處理時間較佳地在1分鐘至3小時之範圍內。除熱處理以外或替代熱處理，可使光活性層(混合層)在其產生後或在產生形成太陽能電池之其他層後直接經受利用含溶劑氣體之處理。在適宜實施例中，在環境溫度下使用於空氣中之飽和溶劑蒸氣。適宜溶劑係甲苯、二甲苯、氯 仿、N-甲基吡咯啶酮、二甲基甲醯胺、乙酸乙酯、氯苯、二氯甲烷及其混合物。處理時間較佳地在1分鐘至3小時之範圍內。
在適宜實施例中，本發明太陽能電池係作為具有平坦異質接面及正常結構之個別電池存在。在特定實施例中，電池具有以下結構：
- 至少部分地透明的導電層(頂部電極、陽極)(11)
- 電洞傳導層(電洞傳輸層，HTL)(12)
- 包含供體材料之層(13)
- 包含受體材料之層(14)
- 激子阻斷及/或電子傳導層(15)
- 另一導電層(背電極、陰極)(16)
供體材料較佳地包含至少一種式I化合物或由式I化合物組成。受體材料較佳地包含至少一種富勒烯或富勒烯衍生物，或由富勒烯或富勒烯衍生物組成。受體材料較佳地包含C60或PCBM([6,6]-苯基-C61-丁酸甲基酯)。
基本上透明的導電層(11)(陽極)包含載劑(例如玻璃或聚合物(例如聚對苯二甲酸乙二酯))及如上文所闡述之導電材料。實例包括ITO、經摻雜ITO、FTO、ZnO、AZO等。可使陽極材料經受(例如)利用UV光、臭氧、氧電漿、Br2等的表面處理。層(11)應足夠薄以使得能夠達成最大光吸收，但亦應足夠厚以確保良好電荷傳輸。透明導電層(11)之層厚度較佳地在20nm至200nm之範圍內。
具有正常結構之太陽能電池視情況具有電洞傳導層(HTL)。此層包含至少一種電洞傳導材料(電洞傳輸材料，HTM)。層(12)可為基本上均質組合物之個別層或可包含兩個或兩個以上的子層。
適於形成具有電洞傳導性質之層(HTL)之電洞傳導材料(HTM)較佳地包含至少一種具有高電離能之材料。電離能較佳地為至少5.0eV，更佳至少5.5eV。材料可為有機或無機材料。適用於具有電洞傳 導性質之層中之有機材料較佳地選自聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT-PSS)、Ir-DPBIC(叁-N,N'-二苯基苯并咪唑-2-亞基銥(III))、N,N'-二苯基-N,N'-雙(3-甲基苯基)-1,1'-二苯基-4,4'-二胺(α-NPD)、2,2',7,7'-四(N,N-二-對-甲氧基苯基胺)-9,9'-螺二茀(螺-MeOTAD)等及其混合物。若需要可利用LUMO在與電洞傳導材料之HOMO相同的範圍內或低於電洞傳導材料之HOMO之p-摻雜劑摻雜有機材料。適宜摻雜劑係(例如)2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰基醌二甲烷(F4TCNQ)、WO3、MoO3等。適用於具有電洞傳導性質之層中之無機材料較佳地選自WO3、MoO3等。
若存在，具有電洞傳導性質之層之厚度較佳地在5nm至200nm、更佳10nm至100nm之範圍內。
層(13)包含至少一種式I化合物。層之厚度應足以吸收最大量的光，但應足夠薄以使得能夠有效耗散電荷。層(13)之厚度較佳地在5nm至1μm、更佳5nm至100nm之範圍內。
層(14)包含至少一種受體材料。受體材料較佳地包含至少一種富勒烯或富勒烯衍生物。另一選擇為或另外，適宜受體材料係如下文所指定。層之厚度應足以吸收最大量的光，但應足夠薄以有效耗散電荷。層(14)之厚度較佳地在5nm至1μm、更佳5nm至80nm之範圍內。
具有正常結構之太陽能電池視情況包含激子阻斷及/或電子傳導層(15)(EBL/ETL)。激子阻擋層之適宜材料之帶隙通常大於層(13)及/或(14)之材料。其首先能夠反射激子且其次能夠使得良好電子傳輸穿過層。層(15)之材料可包含有機或無機材料。適宜有機材料較佳地選自2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-啡啉(BCP)、4,7-二苯基-1,10-啡啉(Bphen)、1,3-雙[2-(2,2'-聯吡啶-6-基)-1,3,4-噁二唑-5-基]苯(BPY-OXD)等。若需要可利用HOMO在與電子傳導材料之LUMO相同之範圍內或低於該LUMO之n-摻雜劑摻雜有機材料。適宜摻雜劑係(例 如)Cs2CO3、派洛寧B(Pyronin B，PyB)、玫瑰紅B(Rhodamine B)、二茂鈷等。適用於具有電子傳導性質之層中之無機材料較佳地選自ZnO等。若存在，層(15)之厚度較佳地在5nm至500nm、更佳10nm至100nm之範圍內。
層16係陰極且較佳地包含至少一種具有低功函數之化合物，更佳諸如Ag、Al、Mg、Ca等金屬。層(16)之厚度較佳地在約10nm至10μm、例如10nm至60nm之範圍內。
在另一適宜實施例中，本發明太陽能電池係作為具有平坦異質接面及反向結構之個別電池存在。
在特定實施例中，電池具有以下結構：
- 至少部分地透明導電層(陰極)(11)
- 激子阻斷及/或電子傳導層(12)
- 包含受體材料之層(13)
- 包含供體材料之層(14)
- 電洞傳導層(電洞傳輸層，HTL)(15)
- 另一導電層(背電極，陽極)(16)
就層(11)至(16)之適宜且較佳之材料而言，參考關於具有正常結構之太陽能電池中之相應層之上述論述。
在另一較佳實施例中，本發明太陽能電池係作為具有正常結構之個別電池存在且具有本體異質接面。在特定實施例中，電池具有以下結構：
- 至少部分地透明的導電層(陽極)(21)
- 電洞傳導層(電洞傳輸層，HTL)(22)
- 包含供體材料及受體材料之混合層(23)，其形成呈本體異質接面形式之供體-受體異質接面
- 電子傳導層(24)
- 激子阻斷及/或電子傳導層(25)
- 另一導電層(背電極，陰極)(26)
層(23)包含至少一種式I化合物作為光活性材料，例如作為供體材料。層(23)另外包含互補半導體材料(例如至少一種富勒烯或富勒烯衍生物)作為受體材料。層(23)尤其包含C60或PCBM([6,6]-苯基-C61-丁酸甲基酯)作為受體材料。
就層(21)而言，完全參考關於層(11)之上述論述。
就層(22)而言，完全參考關於層(12)之上述論述。
層(23)係包含至少一種式I化合物作為半導體材料之混合層。另外，層(23)包含至少一種互補半導體材料。如上文所闡述，可藉由共蒸發或藉由使用常規溶劑進行溶液處理產生層(23)。基於混合層之總重量，混合層包含較佳地10重量%至90重量%、更佳20重量%至80重量%之至少一種式I化合物。基於混合層之總重量，混合層包含較佳地10重量%至90重量%、更佳20重量%至80重量%之至少一種受體材料。層(23)之厚度應足以吸收最大量的光，但應足夠薄以使得能夠有效耗散電荷。層(23)之厚度較佳地在5nm至1μm、更佳5nm至200nm、尤其5nm至80nm之範圍內。
具有本體異質接面之太陽能電池包含電子傳導層(24)(ETL)。此層包含至少一種電子傳輸材料(ETM)。層(24)可為基本上均質組合物之單一層或可包含兩個或兩個以上的子層。電子傳導層之適宜材料通常具有低功函數或電離能。電離能較佳地不超過3.5eV。適宜有機材料較佳地選自上文所提及之富勒烯及富勒烯衍生物、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-啡啉(BCP)、4,7-二苯基-1,10-啡啉(Bphen)、1,3-雙[2-(2,2'-聯吡啶-6-基)-1,3,4-噁二唑-5-基]苯(BPY-OXD)等。若需要可利用HOMO在與電子傳導材料之LUMO相同之範圍內或低於該LUMO之n-摻雜劑摻雜用於層(24)中之有機材料。適宜摻雜劑係(例如)Cs2CO3、 派洛寧B(PyB)、玫瑰紅B、二茂鈷等。若存在層(23)之厚度較佳地在1nm至1μm、具體而言5nm至60nm之範圍內。
就層(25)而言，完全參考關於層(15)之上述論述。
就層(26)而言，完全參考關於層(16)之上述論述。
可藉由如上文所闡述之氣相沈積製程產生具有呈本體異質接面形式之供體-受體異質接面之太陽能電池。有關沈積速率、沈積期間之基板溫度及熱後處理(thermal aftertreatment)，可參考上述論述。
在另一較佳實施例中，本發明太陽能電池係作為具有反向結構之個別電池存在且具有本體異質接面。
在尤佳實施例中，本發明太陽能電池係串接電池。
串接電池由兩個或兩個以上的(例如3個、4個、5個等)子電池組成。單一子電池、一部分子電池或所有子電池可具有光活性供體-受體異質接面。每一供體-受體異質接面可呈形式平坦異質接面形式或呈本體異質接面形式。較佳地，供體-受體異質接面中之至少一者呈本體異質接面形式。根據本發明，至少一個子電池之光活性層包含式I化合物。較佳地，至少一個子電池之光活性層包含式I化合物及至少一種富勒烯或富勒烯衍生物。更佳地，用於至少一個子電池之光活性層中之半導體混合物由式I化合物及C60或[6,6]-苯基-C61-丁酸甲基酯組成。
形成串接電池之子電池可平行或串聯連接。形成串接電池之子電池較佳地係串聯連接。在每一情形下在個別子電池之間較佳地存在另一重組層。個別子電池具有相同極性，亦即通常僅具有正常結構之電池或僅具有反向結構之電池彼此組合。
本發明串接電池較佳地包含透明導電層(層31)。適宜材料係彼等在上文針對個別電池所指定者。層32及34構成子電池。「子電池」在本文係指沒有陰極及陽極之如上文所定義之電池。例如，子電池可在 光活性層中皆具有根據本發明使用之式I化合物(較佳地與富勒烯或富勒烯衍生物、尤其C60組合)或具有半導體材料之其他組合，例如C60與酞青鋅，C60與寡聚噻吩(例如DCV5T)。另外，個別子電池亦可經構形為染料敏化太陽能電池或聚合物電池。
在所有情形下，較佳者係利用入射光光譜(例如自然日光)之不同區域之材料之組合。例如，根據本發明使用之式I化合物及富勒烯或富勒烯衍生物之組合在日光之長波區域中吸收。如闡述於(例如)國際專利申請案WO2011158211中之基於至少一種苝化合物之電池主要在短波範圍內吸收。因此，由該等子電池之組合構成之串接電池應吸收約400nm至900nm範圍內之輻射。因此，子電池之適宜組合應容許擴大所用光譜範圍。對於最佳性能性質，應考慮光學干擾。例如，在相對短的波長下吸收之子電池應經佈置較具有較長波吸收之子電池更接近金屬頂部觸點。
就層(31)而言，完全參考關於層(11)及(21)之上述論述。
就層(32)及(34)而言，完全參考關於層(12)至(15)針對平坦異質接面及(22)至(25)針對本體異質接面之上述論述。
層33係重組層。重組層使得來自一個子電池之電荷載流子能夠與毗鄰子電池之彼等載流子重組。小金屬簇係適宜的，例如Ag、Au或高度n摻雜及p摻雜之層之組合。在金屬簇之情形下，層厚度較佳地在0.5nm至5nm之範圍內。在高度n摻雜及p摻雜之層之情形下，層厚度較佳地在5nm至40nm之範圍內。重組層通常將子電池之電子傳導層連接至毗鄰子電池之電洞傳導層。以此方式，可組和其他電池以形成串接電池。
層36係頂部電極。材料取決於子電池之極性。對於具有正常結構之子電池，較佳者係使用具有低功函數之金屬，例如Ag、Al、Mg、Ca等。對於具有反向結構之子電池，較佳者係使用具有高功函 數之金屬(例如Au或Pt)或PEDOT-PSS。
在串聯連接之電池之情形下子，總體電壓對應於所有子電池之個別電壓之總和。相反，總體電流受一個子電池之最低電流限制。出於此原因，每一子電池之厚度應最佳化使得所有子電池皆具有基本上相同的電流。
不同種類的供體-受體異質接面之實例係具有平坦異質接面之供體-受體雙層，或異質接面經構形為混合平面-混合異質接面或梯度本體異質接面或退火本體異質接面。
混合平面-混合異質接面之產生闡述於Adv.Mater.17,66-70(2005)中。在此結構中，藉由受體及供體材料之同時蒸發形成的混合異質接面層存在於均質供體與受體材料之間。
在本發明之特定實施例中，供體-受體-異質接面係呈梯度本體異質接面之形式。在由供體及受體材料構成之混合層中，供體-受體比率逐漸改變。梯度之形式可階式的或線性的。在階式梯度之情形下，層01由(例如)100%供體材料組成，層02之供體/受體比率大於1，層03之供體/受體比率等於1，層04之供體/受體比率小於1，且層05由100%受體材料組成。在線性梯度之情形下，層01由(例如)100%供體材料組成，層02具有愈來愈小的供體/受體比率，亦即供體材料之比例在層03之方向上以線性方式減少，且層03由100%受體材料組成。可藉助每一及每種材料之沈積速率控制不同的供體-受體比率。該等結構可促進電荷之滲濾路徑。
在本發明之另一特定實施例中，供體-受體異質接面經構形為退火本體異質接面；例如參見Nature 425,158-162,2003。產生此一太陽能電池之製程在金屬沈積之前或之後包含退火步驟。由於退火，可分離供體及受體材料，此產生更加擴展的滲濾路徑。
在本發明之另一特定實施例中，藉由有機氣相沈積產生具有平 坦或受控的異質接面架構之有機太陽能電池。此類型之太陽能電池闡述於Materials,4,2005,37中。
本發明之有機太陽能電池較佳地包含至少一個包含至少一種式I化合物之光活性區域，該區域與至少一個互補半導體接觸。除式I化合物外，下文所列示之半導體材料原則上適用於本發明之太陽能電池中。
較佳其他半導體係富勒烯及富勒烯衍生物，較佳地選自C60、C70、C84、苯基-C61-丁酸甲基酯([60]PCBM)、苯基-C71-丁酸甲基酯([71]PCBM)、苯基-C84-丁酸甲基酯([84]PCBM)、苯基-C61-丁酸丁基酯([60]PCBB)、苯基-C61-丁酸辛基酯([60]PCBO)、噻吩基-C61-丁酸甲基酯([60]ThCBM)及其混合物。尤佳者係C60、[60]PCBM及其混合物。較佳者係彼等可汽化之富勒烯，例如C60或C70。富勒烯及富勒烯衍生物與至少一種式I化合物之組合通常充當受體。
適宜其他半導體係與式I化合物不同之苝二亞胺。適宜者係(例如)下式之苝二亞胺
其中R11、R12、R13、R14、R21、R22、R23及R24基團各自獨立地係氫、鹵素或與鹵素不同的基團，Y1 係O或NRa，其中Ra係氫或有機基基團，Y2 係O或NRb，其中Rb係氫或有機基基團， Z1、Z2、Z3及Z4各自係O，其中，在Y1係NRa之情形下，Z1及Z2基團中之一者亦可為NRc，其中Ra及Rc基團一起係在側鍵(flanking bond)之間之具有2至5個原子的橋接基團，且其中，在Y2係NRb之情形下，Z3及Z4基團中之一者亦可為NRd，其中Rb及Rd基團一起係在側鍵之間之具有2至5個原子的橋接基團。
適宜苝二亞胺係(例如)闡述於本文所參考之WO 2007/074137、WO 2007/093643及WO 2007/116001中。
苝二亞胺與至少一種式I化合物之組合可充當供體或受體，此尤其端視苝二亞胺之取代基而定。
其他適宜半導體係噻吩化合物。該等較佳地選自噻吩、寡聚噻吩及其經取代之衍生物。適宜寡聚噻吩係四噻吩、五噻吩、六噻吩、α,ω-二(C1-C8)-烷基寡聚噻吩(例如α,ω-二己基四噻吩、α,ω-二己基五噻吩及α,ω-二己基六噻吩)、聚(烷基噻吩)(例如聚(3-己基噻吩))、雙(二噻吩并噻吩)、雙噻吩蒽及二烷基雙噻吩蒽(例如二己基雙噻吩蒽)、伸苯基-噻吩(P-T)寡聚物及其衍生物，尤其α,ω-烷基取代之伸苯基-噻吩寡聚物。
適宜作為半導體之其他噻吩化合物較佳地選自諸如以下化合物：α,α'-雙(2,2-二氰基乙烯基)五噻吩(DCV5T)，(3-(4-辛基苯基)-2,2'-聯噻吩)(PTOPT)，及如WO 2006/092124中所闡述之受體取代之寡聚噻吩。
噻吩化合物與至少一種式I化合物之組合通常充當供體。
適宜作為供體之其他半導體係如WO 2010/049512中所闡述之部花青素。
所有上文所提及之半導體皆可經摻雜。可使用摻雜劑藉由化學 摻雜技術增加半導體之導電率。可利用HOMO能階接近或高於電子傳導材料之LUMO能階之n-摻雜劑摻雜有機半導體材料。亦可利用LUMO能階接近或高於電洞傳導材料之HOMO能階之p-摻雜劑摻雜有機半導體材料。換言之，在n-摻雜之情形下，自充當供體之摻雜劑釋放電子，而在p-摻雜之情形下，摻雜劑充當接受電子之受體。
針對本發明化合物I及針對p-半導體之適宜摻雜劑一般而言係選自(例如)WO3、MoO3、2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰基醌二甲烷(F4-TCNQ)、3,6-二氟-2,5,7,7,8,8-六氰基醌二甲烷、二氯二氰基醌(DDQ)或四氰基醌二甲烷(TCNQ)。較佳摻雜劑係3,6-二氟-2,5,7,7,8,8-六氰基醌二甲烷。
其他適宜摻雜劑係選自(例如)Cs2CO3、LiF、派洛寧B(PyB)、玫瑰紅衍生物、二茂鈷等。較佳摻雜劑係派洛寧B及玫瑰紅衍生物，尤其玫瑰紅B。
基於欲經摻雜半導體之量，摻雜劑通常係以至多10mol%、較佳地至多5mol%之量使用。
本發明進一步提供電發光(EL)佈置，其包含上部電極、下部電極，其中該等電極中之至少一者係透明的；電發光層及視情況輔助層，其中電發光佈置包含至少一種如上文所定義之式I化合物。EL佈置之特徵在於以下事實：其在施加電壓以及電流時發射光。該等佈置長久以來作為發光二極體(LED)而在工業及技術中為人所知。光是由於以下事實而發射：正電荷(電洞)及負電荷(電子)與光之發射組合。在此申請案之意義上，術語電致發光佈置及有機發光二極體(OLED)係同義使用。通常，EL佈置係自若干層構造而成。彼等層中之至少一者含有一或多種有機電荷傳輸化合物。層結構原則上係如下：
1.載體，基板
2.基極(陽極)
3.電洞注入層
4.電洞傳輸層
5.發光層
6.電子傳輸層
7.電子注入層
8.頂部電極(陰極)
9.觸點
10.覆蓋，囊封。
此結構代表最一般情形且可藉由省略個別層來簡化，使得一個層執行若干任務。在最簡單情形下，EL佈置由兩個電極組成，在該兩個電極之間佈置有機層，該有機層實現所有功能，包括發射光。熟習此項技術者原則上自(例如)WO 2005/019373已知有機發光二極體之結構及其生產製程。適宜材料OLED之個別層揭示於(例如)WO 00/70655中。本文參考該等案件之揭示內容。原則上，可藉由熟習此項技術者已知之方法產生本發明OLED。在第一實施例中，藉由將個別層相繼氣相沈積至適宜基板上產生OLED。對於氣相沈積，可使用常規技術，例如熱蒸發、化學氣相沈積(CVD)及其他技術。在替代實施例中，可自於適宜溶劑中之溶液或分散液塗覆有機層，對於該情形，使用熟習此項技術者習知之塗覆技術。
適宜作為基板1者係透明載體，例如玻璃或塑膠膜(例如聚酯(例如聚對苯二甲酸乙二酯或聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯)、聚碸、聚醯亞胺箔)。適宜作為透明及導電材料者係a)金屬氧化物，例如銦-錫氧化物(ITO)、氧化錫(NESA)等，及b)半透明金屬膜，例如Au、Pt、Ag、Cu等。
式I化合物較佳地用作電荷傳輸材料(電子導體)。因此，較佳地在電洞注入層、電洞傳輸層中或作為透明電極之一部分使用至少一種 如上文所定義之式I化合物。
在本發明之EL應用中，可使用低分子量或寡聚以及聚合材料作為發光層5。該等物質之特徵在於其可光致發光之事實。因此，適宜物質係(例如)形成寡聚物或納入聚合物中之螢光染料及螢光產品。該等材料之實例係香豆素、苝、蒽、菲、二苯乙烯、聯苯乙烯、甲川或金屬錯合物(例如Alq3(三(8-羥基喹啉酸)鋁))等。適宜聚合物包括視情況經取代之伸苯基、伸苯基伸乙烯基或在聚合物側鏈中或在聚合物主鏈中具有發螢光鏈段之聚合物。詳細列表係於EP-A-532 798中給出。較佳地，為增加亮度，可將電子注入層或電洞注入層(3及/或7)納入EL佈置中。文獻中闡述傳輸電荷(電洞及/或電子)之大量有機化合物。主要使用(例如)在高真空中真空蒸發的低分子量物質。物質之類別及其用途之綜合概況係於(例如)以下出版物中給出：EP-A 387 715、US 4,539,507、US 4,720,432及US 4,769,292。較佳材料係PEDOT(聚-(3,4-乙烯二氧噻吩))，其亦可用於OLED之透明電極中。
由於化合物I之本發明用途，可獲得具有高效率之OLED。本發明之OLED可用於電致發光有用之所有裝置中。適宜裝置較佳選自固定及移動視覺顯示單元。固定視覺顯示單元係(例如)電腦、電視之視覺顯示單元、印刷機、廚房器具中之視覺顯示單元、及廣告面板、照明及資訊面板。移動視覺顯示單元係(例如)手機、膝上型電腦、數位相機、載具中之視覺顯示單元及公共汽車及火車上之目的地顯示器。此外，化合物I可用於具有反向結構之OLED中。於該等反向OLED中之化合物I繼而較佳地用於發光層中。反向OLED之結構及其中通常所用之材料已為熟習此項技術者習知。
在使用該等材料作為電荷傳輸材料或激子傳輸材料之前，可適當地使式I化合物經受純化過程。參考以下非限制性實例詳細說明本發明。
實例 實例1 (比較，WO 2007/074137之化合物(21))：
2,6-二溴-N,N'-雙(1H,1H-全氟丁基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)(式I化合物，其中R1及R2係2,2,3,3,3,4,4,4-七氟丁基)
在室溫下將1.17g(3.96mmol)97%強度的N,N'-二溴異三聚氰酸添加至2.00g(3.17mmol)N,N'-雙(1H,1H-全氟丁基)-萘-[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)[闡述於H.E.Katz等人，Materials Research Society Symposium Proceedings(2001),665(Electronics,Optical and Optoelectronic Polymers and Oligomers),271-280中]於240mL 95%至97%強度的硫酸之溶液中。用鋁箔使反應燒瓶變暗。將溶液在室溫下攪拌28小時。隨後，將溶液傾倒於1.5kg冰上並利用NaOH中和。用750mL二氯甲烷將水相萃取兩次。將合併之有機萃取物經硫酸鎂乾燥，過濾並濃縮至乾燥。將殘餘物懸浮於正庚烷中並過濾。乾燥所獲得之濾餅以得到2.29g黃色固體。自80mL異丁醇重結晶得到2.06g(83%產率)黃色固體，在薄層層析中僅顯示一個點。在175℃(1.2×10-6毫巴)下使試樣昇華。昇華試樣之熔點為323℃。
1H-NMR(400MHz,D8-THF)：δ=9.00(s,2H),5.08(t,4H)ppm。
實例2：
2,6-二溴-N,N'-雙(2,2,2-三氟乙基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)(式I化合物，其中R1及R2係2,2,2-三氟乙基)
2.1 N,N'-雙(2,2,2-三氟乙基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)
該標題化合物係如H.E.Katz等人，Materials Research Society Symposium Proceedings(2002),665(Electronics,Optical and Optoelectronic Polymers and Oligomers),271-280中所闡述進行製備。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)：δ=8.86(s,4H),4.96(q,J HF=8.44Hz,4H)ppm
2.2 2,6-二溴-N,N'-雙(2,2,2-三氟乙基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)
在室溫下將0.587g(2.05mmol)N,N'-二溴異三聚氰酸添加至0.80g(1.9mmol)N,N'-雙(2,2,2-三氟乙基)-萘-[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)於160mL 95%至97%強度的硫酸溶液中。將溶液在室溫下攪拌40小時。隨後，將反應混合物傾倒於1L冰水上。過濾出沈澱物並藉由管柱層析(二.氯甲烷/戊烷1：1)純化若干次，且然後藉由在鄰二甲苯中重結晶進行純化。獲得0.060g(5%產率)淺黃色固體。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)：δ=9.08(s,2H),4.97(q,4H,J=8.56Hz)ppm。
實例3：
2,6-二溴-N,N'-雙(1H,1H-全氟丙基)-萘﹁[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)(式I化合物，其中R1及R2係2,2,3,3,3-五氟丙基)
3.1 N,N'-雙(1H,1H-全氟丙基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)
該標題化合物係如H.E.Katz等人，Materials Research Society Symposium Proceedings(2002),665(Electronics,Optical and Optoelectronic Polymers and Oligomers),271-280中所闡述進行製備。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)：δ=8.87(s,4H),4.99(q,J HF=14.4Hz,4H)ppm
3.2 2,6-二溴-N,N'-雙(1H,1H-全氟丙基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)
在室溫下將0.655g(2.28mmol)N,N'-二溴異三聚氰酸添加至1.10g(2.07mmol)N,N'-雙(1H,1H-全氟丙基)-萘-[1,8：4,5]雙-(二甲醯亞胺)於160mL 95%至97%強度的硫酸溶液中。將溶液在室溫下攪拌40小時。隨後，將反應混合物傾倒於1L冰水上。過濾出沈澱物並藉由管柱層析(二氯甲烷/戊烷1：1)純化若干次。獲得0.205g(14%產率)淺黃色固體。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)：δ=9.08(s,2H),4.99(q,4H,J=14.7 Hz)ppm。
實例4：
2,6-二溴-N,N'-雙(1H,1H-全氟戊基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)(式I化合物，其中R1及R2係2,2,3,3,4,4,5,5,5-九氟戊基)
4.1 N,N'-雙(1H,1H-全氟戊基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)
該標題化合物係如J.H.Oh等人，Adv.Funct.Mater.2010,20,2148-2156中所闡述進行製備。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)：δ=8.87(s,4H),5.04(t,JHF=15.2Hz,4H)ppm。
4.2 2,6-二溴-N,N'-雙(1H,1H-全氟戊基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)
在室溫下將0.560g(1.76mmol)N,N'-二溴異三聚氰酸添加至1.00g(1.34mmol)N,N'-雙(1H,1H-全氟丙基)-萘-[1,8：4,5]雙-(二甲醯亞胺)於140mL 95%至97%強度的硫酸中之溶液中。將溶液在室溫下攪拌40小時。隨後，將反應混合物傾倒於1 l冰水上。過濾出沈澱物並藉由管柱層析(二氯甲烷/戊烷1：1)純化若干次，且然後藉由在乙酸乙酯中重結晶進行純化。獲得0.344g(29%產率)淺黃色固體。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)：δ=9.08(s,2H),5.05(q,4H,J=15.6Hz)ppm。
實例5：
在底部閘極頂部觸點構形中製作汽相沈積OFET之一般程序
使用高度摻雜之p型矽(100)晶圓(0.01-0.02Ω．cm)作為基板A。使用具有100nm厚的熱生長之SiO2層(電容34nF/cm2)之高度摻雜之p型矽(100)晶圓(0.005-0.02Ω．cm)作為基板B。
藉由在2×10-6毫巴下並以1nm/s蒸發速率在Leybold UNIVEX 300真空蒸發器中自鎢絲熱蒸發向基板A上沈積30nm厚的鋁層。藉由在Oxford反應性離子蝕刻機(RIE，氧流速：30sccm，壓力：10毫 托，電漿功率：200W，電漿持續時間：30sec)中短暫暴露於氧電漿來氧化鋁層之表面，然後將基板浸沒於膦酸之2-丙醇溶液(1mMol C14H29PO(OH)2[TDPA]溶液或1mMol C7F15C11H22PO(OH)2[FODPA]溶液)中並在該溶液中保持1小時，從而在氧化鋁表面上形成自組裝單層(SAM)膦酸分子。將基板從溶液中取出並用純2-丙醇沖洗，在氮流中乾燥並在100℃之溫度下在熱板上保持10min。基板A上AlOx/SAM閘極電介質之總電容在C14H29PO(OH)2情形下為810nF/cm2且在C7F15C11H22PO(OH)2情形下為710nF/cm2。
在基板B上，藉由在Cambridge NanoTech Savannah(在250℃之基板溫度下80個循環)中進行原子層沈積來沈積約8nm厚的Al2O3層。藉由在Oxford反應性離子蝕刻機(RIE，氧流速：30sccm，壓力：10毫托，電漿功率：200W，電漿持續時間30sec)中短暫暴露於氧電漿來活化氧化鋁層之表面，且然後將基板浸沒至膦酸之2-丙醇溶液中(1mMol C14H29PO(OH)2[TDPA]溶液或1mMol C7F15C11H22PO(OH)2[FODPA]溶液)並在溶液中保持1小時，從而在氧化鋁表面上形成膦酸分子之自組裝單層(SAM)。自溶液取出基板並用純2-丙醇沖洗，在氮流中乾燥並在100℃之溫度下在熱板上保持10min。基板B上SiO2/AlOx/SAM閘極電介質之總電容為32nF/cm2(獨立於膦酸之選擇)。
在經TDPA處理之基板上水之接觸角為108°，在經FODPA處理之基板上為118°。
藉由在2×10-6毫巴之壓力下且以0.3nm/s之蒸發速率在Leybold UNIVEX 300真空蒸發器中自鉬舟熱昇華來沈積30nm厚的有機半導體膜。
對於源極及汲極觸點，藉助陰影遮罩在2×10-6毫巴之壓力下且以0.3nm/s之蒸發速率在Leybold UNIVEX 300真空蒸發器中自鎢舟來蒸 發30nm金。電晶體具有10μm至100μm範圍內之通道長度(L)及50μm至1000μm範圍內之通道寬度(W)。
為能夠接觸矽晶圓之背側，在晶圓(其亦用作電晶體之閘極電極)背側上刻痕並用銀油墨塗覆。
使用Agilent 4156C半導體參數分析儀在Micromanipulator 6200探針臺上量測電晶體之電特徵。所有量測皆在室溫下在空氣中實施。藉由將探針小心地放置於金觸點頂部上使其與電晶體之源極及汲極觸點接觸。在量測期間經由上面放置晶圓之金屬基板固定器接觸閘極電極。
為獲得轉移曲線，使汲極-源極電壓(VDS)保持3V(在基板A之情形下)或40V(在基板B之情形下)。以中等速度以0.03V步階(基板A)將閘極-源極電壓VGS掃描自0V掃描至3V或以中等速度以0.4V步階(基板B)將閘極-源極電壓VGS自0V掃描至40V並返回。在飽和方案中自(ID)1/2對VGS之斜率抽取電荷-載流子遷移率。
為獲得輸出特徵，以中等速度以0.03V(基板A)將汲極-源極電壓(VDS)自0掃描至3V且以0.4V步階(基板B)自0掃描至40V，同時將閘極-源極電壓VGS保持在至多8個不同電壓下(例如在基板A之情形下0V、0.5V、1V、1.5V、2V、2.5V、3V或在基板B之情形下0V、10V、20V、30V、40V)。
表1給出具有厚(基板B)閘極電介質以及某一SAM層之半導體在某一基板溫度(Tsub)下之場效遷移率(μ)及導通/關斷比(I開/I關)，其係在環境空氣中測得。
實例6：
在頂部閘極底部觸點構形中在標準基板上之溶液處理之OFET之程序
以1000rpm將升溫至50℃之半導體於乙酸乙酯中之0.5%溶液旋塗(旋塗機：Primus STT15)於標準PET基板上。標準PET基板由PET箔(Mitsubishi DN4600)以及陰影遮罩圖案化的50nm厚的金源極及汲極觸點組成。在沈積半導體後，以3500rpm將Cytop CTL-809(9%)旋塗為電介質層(厚度660nm,εr=2.1)。在旋塗後，即刻將基板置於熱板上在100℃下退火10min。最後，藉助陰影遮罩熱蒸發金來圖案化50nm厚的閘極電極。
利用Agilent 4155C半導體參數分析儀量測電晶體之電特徵。電晶體具有500μm之通道寬度(W)及50μm之通道長度(L)。所有量測皆在室溫下在空氣中實施。
為獲得轉移曲線，將汲極-源極電壓(UDS)保持為40V。以中等速度以2V步階將閘極-源極電壓UGS自-20V掃描至60V並返回。在飽和方案中使用以下等式自(ID)1/2對VGS之斜率抽取電荷-載流子遷移率：
其中ε0係8.85×10-12As/Vm之真空電容率。
為獲得輸出特徵，以中等速率以2V步階將汲極-源極電壓(VDS)自0V掃描至60V，同時將閘極-源極電壓VGs保持在至多5個不同電壓(例如0V、15V、30V、45V、60V)下。
表2給出在頂部閘極底部觸點構形中在矽晶圓上之溶液處理之OFET之臨限值電壓Uth、場效遷移率(μ)及導通/關斷比(I開/I關)，其係在環境空氣中測得。
實例7：
在底部閘極底部觸點構形中之在矽晶圓上之溶液處理之OFET之程序
以1000rpm將升溫至50℃之半導體於乙酸乙酯中之0.5%溶液旋塗(旋塗機：Primus STT15)於未經處理之標準矽基板上。標準矽基板由具有230nm厚的二氧化矽層(εr=3.9)之矽晶圓及由30nm厚的金及ITO黏著劑組成之微影圖案化的S/D觸點組成。
利用Agilent 4155C半導體參數分析儀量測電晶體之電特徵。電晶體具有10000μm之通道寬度(W)及10μm之通道長度(L)。所有量測皆在室溫下在空氣中實施。
為獲得轉移曲線，將汲極-源極電壓(UDS)保持在40V。以中等速 度以2V步階將閘極-源極電壓UDS自-20V掃描至40V並返回。在飽和方案中自(ID)1/2對VGS之斜率抽取電荷-載流子遷移率。
為獲得輸出特徵，以中等速率以2V步階將汲極-源極電壓(VDS)自0V掃描至40V，同時將閘極-源極電壓VGS保持在至多5個不同電壓(例如0V、10V、20V、30V、40V)下。
表3給出在底部閘極底部觸點構形中在矽晶圓上之溶液處理之OFET之場效遷移率(μ)及導通/關斷比(I開/I關)，其係在環境空氣中測得。

Claims (15)

  1. 一種通式I之化合物，其中R1及R2 彼此獨立地選自1H,1H-C2-C10-全氟烷基及1H,1H,2H,2H-C3-C10-全氟烷基，唯其中R1及R2皆為1H,1H-全氟丁基之該式I化合物除外。
  2. 如請求項1之化合物，其中R1及R2彼此獨立地選自直鏈1H,1H-C2-C6-全氟烷基。
  3. 如請求項1或2之化合物，其中R1及R2彼此獨立地選自2,2,2-三氟乙基、2,2,3,3,3-五氟丙基、2,2,3,3,4,4,5,5,5-九氟戊基及2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,6-十一氟己基。
  4. 如請求項1或2之化合物，其中R1及R2具有相同含義。
  5. 如請求項3之化合物，其中R1及R2具有相同含義。
  6. 如請求項1之化合物，其係選自2,6-二溴-N,N'-雙(2,2,2-三氟乙基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)；2,6-二溴-N,N'-雙(1H,1H-全氟丙基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)；及2,6-二溴-N,N'-雙(1H,1H-全氟戊基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)。
  7. 如請求項6之化合物，其為2,6-二溴-N,N'-雙(1H,1H-全氟戊基)-萘[1,8：4,5]雙(二甲醯亞胺)。
  8. 一種如請求項1至7中任一項所界定之通式I之化合物作為半導體之用途，其尤其用於有機場效電晶體及有機光伏打裝置。
  9. 一種薄膜半導體，其包含如請求項1至7中任一項所界定之化合物。
  10. 一種有機場效電晶體，其包含具有至少一個閘極結構、源極電極及汲極電極之基板，及至少一種如請求項1至7中任一項所界定之式I化合物作為半導體材料。
  11. 如請求項10之有機場效電晶體，其具有頂部閘極底部觸點構形。
  12. 如請求項10之有機場效電晶體，其具有底部閘極底部觸點構形。
  13. 一種基板，其包含複數個有機場效電晶體，至少一些該等場效電晶體包含至少一種如請求項1至7中任一項所界定之式I化合物。
  14. 一種半導體單元，其包含至少一個如請求項13所界定之基板。
  15. 一種有機太陽能電池，其包含至少一種如請求項1至7中任一項所界定之式I化合物。
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