WO2008154915A1 - Use of a metal complex as a p-dopant for an organic semiconductive matrix material, organic semiconductor material, and electronic component - Google Patents

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WO2008154915A1
WO2008154915A1 PCT/DE2008/001034 DE2008001034W WO2008154915A1 WO 2008154915 A1 WO2008154915 A1 WO 2008154915A1 DE 2008001034 W DE2008001034 W DE 2008001034W WO 2008154915 A1 WO2008154915 A1 WO 2008154915A1
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metal complex
metal
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Günter Schmid
Ralf Krause
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to the use of a metal complex as p-dopant for an organic semiconductive matrix material, an organic semiconductor material and electronic component.
  • organic semiconducting materials with electron acceptors for increasing the conductivity in organic matrix materials is known, for example, from WO 2005/086251.
  • metal complexes in particular polynuclear metal complexes such as the paddle-wheel complexes, are described as n-dopants for electron injection because of their strong donor properties.
  • the object of the present invention is therefore to provide p-dopants for a hole-conducting matrix and to disclose the uses of such doped hole-conducting matrix materials in an organic electronic component.
  • the object is achieved by the features of the independent claims, in particular by the use of neutral metal complexes with Lewis acid character as p-dopants in hole-conducting organic matrix materials. Furthermore, the object is achieved by the provision of an organic semiconductive material with a compound of such a metal complex with Lewis acid character as p-dopant. Finally, the object is achieved by providing organic electronic components with at least one layer of an organic matrix material according to the invention.
  • the invention relates to the use of a neutral metal complex having Lewis acid properties as a p-type dopant of an organic semiconductive matrix material.
  • the invention further provides a hole conductor layer consisting of a hole-conducting organic matrix material with a proportion of 0.1 to 50 (layer thickness%) of metal complex as p-dopant.
  • the subject matter of the invention is an organic electronic semiconductor component comprising at least one layer of a doped hole conductor material which contains a metal complex as p-dopant.
  • Lewis acids are compounds that act as electron pair acceptors.
  • a Lewis base is accordingly an electron pair donor that can donate electron pairs.
  • the Lewis acid property of the metal complexes has to be set with respect to the hole-conducting organic matrix material, which then represents (or contains) the corresponding Lewis base.
  • a metal complex is a compound in which a metal atom or metal ion is coordinated by one or more ligands.
  • the metal complex is an organometallic compound, that is, a complex in which at least some of the ligands are carbon-containing and often also hydrocarbon-containing.
  • the metal complex is a polynuclear complex, in particular a complex with at least one metal-metal bond.
  • At least one central atom of the metal complex is selected from the group of platinum metals, comprising the following elements: ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium and platinum.
  • platinum metals comprising the following elements: ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium and platinum.
  • rhodium complexes are preferred.
  • the central atom is a neutral or charged, in particular positively charged, transition metal atom.
  • the doping will be given below in relative layer thicknesses, i. x% means that the deposition rate of the donor is x% with respect to the deposition rate of the matrix.
  • a complex with a so-called “paddle-wheel / paddle wheel” structure is used as the neutral metal complex, particularly preferably bi- and polynuclear metal complexes having at least one metal-metal structure.
  • Binding such as, for example, Cotton FA, Gruhn NE, Gu J, Huang P, Lichtenberger DL, Murillo Ca, Van Dorn LO and Wilkinson CC: "Closed Shell Molecules That Ionize Readily More Than Cesium” in Science, 2002, 298, 1971- 1974.
  • These structures are also described in WO 2005/086251, where it is assumed, however, that multinuclear metal complexes with a paddle wheel structure act as "n-dopants", but this does not apply to all paddle wheels. Wheel complexes or the structures mentioned there, as could be shown in the present case.
  • FIG. 1 shows the result, with a 4 mm 2 component being measured, which yielded the characteristic curve marked by squares (FIG. 1, squares).
  • PDW-2 is doped into the BCP layer by co-evaporation.
  • the characteristic marked by circles in FIG. 1 differs only insignificantly from the characteristic curve of the pure BCP.
  • PDW-2 is generally not usable as n-dopant, in particular not in an organic electronic semiconductor device and the typical electronic conductors used therein with a typical HOMO in the range 5.8 - 6.2 eV or a typical LUMO in the range of 3, 0-2.4 eV.
  • NPB bis-N, N, N ', N' - (naphthyl-phenyl) benzidine
  • Doped transport layers have the advantage that only a fraction of the voltage required for operation drops in them relative to the overall structure ( ⁇ 30%). Particularly preferably, the falling voltage is even smaller by a power of ten or more, so that no voltage drop is observed at the transport layers.
  • FIG. 3 shows an example of a layer structure of a photodetector.
  • the structure is shown in the form of a stack consisting of top electrode 5, bottom electrode 3, the carrier substrate 1 and the organic photodiode layer 4 and the hole-guiding layer 6.
  • the layer 6 shows the p-doped hole transporter according to the invention.
  • the actual photoconductive layer is designated by the reference numeral 4.
  • the protection of the photodetector by means of encapsulation is also expedient.
  • the bottom electrode 3 (anode) can be made of indium tin oxide (ITO) or of another metal.
  • the top electrode 5 (cathode) may consist of aluminum (Al) or for example also of a Ca / Ag layer system or also of LiF / Al.
  • the electrodes are connected to the voltage source.
  • the homogeneity of the charge injection plays an important role. Particles, crystallites or tips cause field elevations and thus potential starting points for "dark spots" which can lead to failure of the diode, through a hole injection layer or hole transport layer 6 in which, for example, dinuclear rhodium acetate-based paddle-wheel complexes are embedded.
  • a layer can be produced which exhibits an unexpectedly high current carrying capacity in conjunction with an inherent current limitation.
  • Rhodium complexes are preferably used, such as metal complex compounds having a Rh 2 4+ core and a metal-metal bond, which act as p-dopant and electron acceptor due to their high Lewis acid character.
  • Figure 4 shows the structure of Rh 2 (CF 3 COO) 4 , to which the aromatic system hexamethylbenzene is coordinated.
  • a paddle-wheel complex at least two, usually exactly two, metal central atoms, in particular transition metal atoms, are bridged by 1, 2, 3, 4 or more multidentate (in particular bidentate) ligands which each bind a ligand atom to the at least two metal central atoms.
  • the metal atoms are here, depending on the radius, usually 4 times coordinated with the mentioned ligands.
  • the Lewis acid character of the paddle-wheel complexes is given in particular by the presence of a loose or empty coordination site on at least one metal atom, at which, for example, the attachment of an aromatic ring can take place, as shown in FIG.
  • the coordination environment of the metal atom is preferably such that there is a metal-metal bond and 4 equatorial bonds to ligands. As a rule, therefore, the axial position has the loose or empty coordination point, whereby the complex is Lewis acid depending on the ligand and central atom.
  • Suitable ligands are in particular all two or more dentate ligands, preferably electron-withdrawing ligands. Examples which may be mentioned are the anions of electron-withdrawing carboxylic acids, such as, for example, CH aI x H 3 .
  • X is COOH, and in particular CF X H 3 - X COOH and CC1 X H 3 _ X COOH (wherein x and Hal is an integer between 0 and 3 represents a halogen atom), (CRi, R 2, R 3) COOH, where R 1, R 2 and R 3, independently of one another, are alkyl, particularly preferably H, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, and also benzoic acid and its substituted analogs (o, p, m-fluorobenzoic acid, o, p, m-cyanobenzoic acid, nitrobenzoic acid, alkylbenzoic acids with fluorinated or partially fluorinated alkyl groups, if appropriate may also be monosubstituted or polysubstituted, pyridinecarboxylic acids, etc.).
  • the metal complexes used in accordance with the invention are preferably molecules which can be vaporized independently of one another. It is understood that individual metal complexes may each be bonded to each other or to other components such as the matrix material.
  • Group 7 metals metal - metal triple bond i. ⁇ ,
  • Group 8 metals metal - metal double bond i. ⁇ , 2 x ⁇ , 1 x ⁇ bond, 1 x ⁇ *, 1 x ⁇ * occupied
  • Group 9 metals metal - metal single bond i. ⁇ ,
  • Suitable organic matrix materials are all common hole conductor matrices, such as NPB; NaphDATA; N, N 1 -bis (naphthalen-1-yl) -N, N 1 -bis (phenyl) -benzidines; N, N 1 - bis (naphthalen-2-yl) -N, N '-bis (phenyl) -benzidines; N, N !
  • N 1 -bis (phenyl) -benzidines N, N'-bis (3-methylphenyl) -N, N 1 -bis (phenyl) -9,9-spirobifluorene; N, N '- bis (naphthalen-1-yl) -N, N' -bis (phenyl) -9,9-spirobifluorenes; N, N'-bis (3-methylphenyl) -N, N 1 -bis (phenyl) -9,9-dimethylfluorenes; N, N 1 -bis (3-naphthalen-1-yl) -N, N 1 -bis (phenyl) -9,9-dimethyl-fluorenes; N, N 1 -bis (3-methylphenyl) -N, N 1 -bis (phenyl) -9,9-dimethyl-fluorenes; N, N 1 -bis (3-methylphenyl) -N, N 1 -bis
  • the metal complexes used according to the invention it is possible to produce semiconducting layers, which if appropriate also have a linear shape, such as, for example, as suffering pathways, contact or the like.
  • the organic p-doped materials according to the invention which can be arranged in electronic organic components, in particular in the form of layers or electrical conduction paths, a multiplicity of electronic components or devices containing them can be produced.
  • the term "electronic component” also encompasses optoelectronic components.
  • the invention particularly includes organic photodiodes, organic solar cells, organic field-effect transistors and organic photovoltaics in general.
  • the electronic properties of an electronically functionally effective region of the component can be advantageously changed.
  • the use according to the invention can be used within a hole conductor or hole transport layer as well as in a bulk heterojunction.
  • the metal complexes can be used according to the invention in the electronic components but also in layers, conductivity paths, point contacts or the like.
  • NPB hole ladder
  • An additional band in the UV spectrum in the range between 550-600 nm shows the dopability of NPB by PDW-2.
  • the graph of FIG. 6 shows the photoluminescence spectrum of the layers shown in FIG. 5 in the example described above.
  • the fluorescence of the NPB layer decreases steadily.
  • PDW-2 also quenches the fluorescence.
  • AIq aluminum trishydroxyquinoline
  • LiF lithium fluoride
  • the voltage in the IV characteristic is reduced from 5.77 V to 5.03 V in order to achieve a current density of 10 mA / cm 2 .
  • the efficiency of this diode is thereby significantly improved, as can be seen from FIG.
  • PDW-2 is similarly efficient in structures analogous to the example of Figure 5, as other literature known dopants such as MoO 3 or F 4 TCNQ as the comparison shown here proves.
  • the charge carrier density can also be increased in other hole guides such as naph data by the PDW-2 dopant.
  • Transient dark current measurements show that at a doping level of 10% PDW-2 in Naphdata mobility remains almost constant.
  • the charge carrier density available for the organic light-emitting diode increases sharply, which has a very positive effect on the characteristics of organic light-emitting diodes.
  • the voltage in the IV characteristic is reduced from 11.6 V to 8.0 V in order to achieve a current density of 10 mA / cm 2 .
  • the Efficiency of this diode is thereby significantly improved (FIG. 11)
  • the luminance of 1000 cd / m 2 is achieved even at 10.6 V with the doped hole injection layer and only at 13.9 V with the undoped hole injection layer (FIG. 12).
  • the invention is characterized in particular by the fact that the materials used are compatible with the base materials of organic electronic components and that, for example, in the preferred binuclear metal complexes with the metal-metal bond formally the charge during current transport in the molecule is distributed to two metal atoms, resulting in Stability of the total layer contributes.
  • the invention relates to the use of a metal complex as p-dopant for an organic semiconducting matrix material, an organic semiconductor material and an organic electronic semiconductor component.
  • the invention discloses the use of metal complexes which act as Lewis acids as p-dopants in organic matrix materials.

Abstract

The invention relates to the use of a dirhodium metal complex as a p-dopant for an organic semiconductive matrix material, an organic semiconductor material, and an organic electronic component. The invention describes the use of metal complexes acting as Lewis acids as p-dopants in organic matrix materials.

Description

Beschreibungdescription
VERWENDUNG EINES METALLKOMPLEXES ALS P-DOTANDUSE OF METAL COMPLEX AS P-DOTAND
FÜR EIN ORGANISCHES HALBLEITENDES MATRIXMATERIAL, ORGANISCHESFOR AN ORGANIC SEMICONDUCTOR MATRIX MATERIAL, ORGANIC
HALBLEITERMATERIAL UND ELEKTRONISCHES BAUTEILSEMICONDUCTOR MATERIAL AND ELECTRONIC COMPONENT
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Metallkomplexes als p-Dotand für ein organisches halbleitendes Matrixmaterial, ein organisches Halbleitermaterial und elektronisches Bauteil.The invention relates to the use of a metal complex as p-dopant for an organic semiconductive matrix material, an organic semiconductor material and electronic component.
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 Donoreigen- schaften als n-Dotanden für die Elektroneninjektion beschrieben.The doping of organic semiconducting materials with electron acceptors for increasing the conductivity in organic matrix materials is known, for example, from WO 2005/086251. There, metal complexes, in particular polynuclear metal complexes such as the paddle-wheel complexes, are described as n-dopants for electron injection because of their strong donor properties.
Es besteht jedoch ein Bedarf, p-Dotanden zur Dotierung der Lochinjektionsschicht zur Verfügung zu stellen.However, there is a need to provide p-dopants for doping the hole injection layer.
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.The object of the present invention is therefore to provide p-dopants for a hole-conducting matrix and to disclose the uses of such doped hole-conducting matrix materials in an organic electronic component.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen An- sprüche, 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.This object is achieved by the features of the independent claims, in particular by the use of neutral metal complexes with Lewis acid character as p-dopants in hole-conducting organic matrix materials. Furthermore, the object is achieved by the provision of an organic semiconductive material with a compound of such a metal complex with Lewis acid character as p-dopant. Finally, the object is achieved by providing organic electronic components with at least one layer of an organic matrix material according to the invention. The invention relates to the use of a neutral metal complex having Lewis acid properties as a p-type dopant of an organic semiconductive matrix material. The invention further provides a hole conductor layer consisting of a hole-conducting organic matrix material with a proportion of 0.1 to 50 (layer thickness%) of metal complex as p-dopant. Finally, the subject matter of the invention is an organic electronic semiconductor component comprising at least one layer of a doped hole conductor material which contains a metal complex as p-dopant.
Lewis-Säuren sind Verbindungen, die als Elektronenpaar- akzeptoren wirken. Eine Lewis-Base ist dementsprechend ein Elektronenpaardonator, der Elektronenpaare abgeben kann. Insbesondere ist die Lewis-Säure-Eigenschaft der Metallkomplexe in Bezug auf das lochleitende organische Matrixmaterial zu setzen, das dann die korrespondierende Lewis -Base darstellt (bzw. enthält) .Lewis acids are compounds that act as electron pair acceptors. A Lewis base is accordingly an electron pair donor that can donate electron pairs. In particular, the Lewis acid property of the metal complexes has to be set with respect to the hole-conducting organic matrix material, which then represents (or contains) the corresponding Lewis base.
Ein Metallkompex ist eine Verbindung, in der ein Metallatom bzw. Metallion von einem oder mehreren Liganden koordiniert ist. Im Regelfall ist der Metallkomplex eine metallorganische Verbindung, d.h.- ein Komplex, bei dem zumindest ein Teil der Liganden Kohlenstoff-haltig und häufig auch Kohlenwasserstoff-haltig ist.A metal complex is a compound in which a metal atom or metal ion is coordinated by one or more ligands. As a rule, the metal complex is an organometallic compound, that is, a complex in which at least some of the ligands are carbon-containing and often also hydrocarbon-containing.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Metallkomplex um einen mehrkernigen Komplex, insbesondere um einen Komplex mit zumindest einer Metall-Metallbindung.Advantageously, the metal complex is a polynuclear complex, in particular a complex with at least one metal-metal bond.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest ein Zentralatom des Metallkomplexes ausgewählt aus der Gruppe der Platinmetalle, folgende Elemente umfassend: Ruthenium, Rhodi- um, Palladium, Osmium, Iridium und Platin. Insbesondere sind Rhodiumkomplexe bevorzugt . Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Zentralatom ein neutrales oder geladenes, insbesondere positiv geladenes, Übergangsmetallatom.According to an advantageous embodiment, at least one central atom of the metal complex is selected from the group of platinum metals, comprising the following elements: ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium and platinum. In particular, rhodium complexes are preferred. According to an advantageous embodiment, the central atom is a neutral or charged, in particular positively charged, transition metal atom.
Unter Lochleitern werden die typische Materialien, die in einem organischen elektronischen Halbleiterbauelement lochleitend wirken, wie NPB (N7N' -di-1-napthyl-diphenylbenzidin, HOMO = 5,5 eV; LUMO = 2,4 eV) oder Naphdata (4 , 4' , 4 "-Tris (N- (1-naphthyl) -N-phenyl -amino) -triphenylamin,- HOMO = 5,1 eV; LUMO = 2,3 eV) verstanden.Among hole conductors, the typical materials which are hole-conducting in an organic electronic semiconductor device, such as NPB (N 7 N'-di-1-naphthyl-diphenylbenzidine, HOMO = 5.5 eV, LUMO = 2.4 eV) or naphdata (4 , 4 ', 4 "-Tris (N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino) -triphenylamine, - HOMO = 5.1 eV, LUMO = 2.3 eV) understood.
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 be- trägt.The doping will be given below in relative layer thicknesses, i. x% means that the deposition rate of the donor is x% with respect to the deposition rate of the matrix.
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-Advantageously, a complex with a so-called "paddle-wheel / paddle wheel" structure is used as the neutral metal complex, particularly preferably bi- and polynuclear metal complexes having at least one metal-metal structure.
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 aber nicht auf alle Paddle-Wheel-Komplexe bzw. die dort genannten Struk- turen zu, wie vorliegend gezeigt werden konnte.Binding, such as, for example, Cotton FA, Gruhn NE, Gu J, Huang P, Lichtenberger DL, Murillo Ca, Van Dorn LO and Wilkinson CC: "Closed Shell Molecules That Ionize Readily More Than Cesium" in Science, 2002, 298, 1971- 1974. These structures are also described in WO 2005/086251, where it is assumed, however, that multinuclear metal complexes with a paddle wheel structure act as "n-dopants", but this does not apply to all paddle wheels. Wheel complexes or the structures mentioned there, as could be shown in the present case.
In der WO 2005/086251 A2 werden Komplexe mit Schaufelradstruktur als typische n-Dotanden vorgestellt . Um die Verwendbarkeit von Dirhodium-tetra-trifluoroacetat (PDW-2) , einem typischen Vertreter der Metallkomplexe mit starkem Lewis-In WO 2005/086251 A2 complexes with paddle wheel structure are presented as typical n-dopants. To investigate the utility of dirhodium tetra-trifluoroacetate (PDW-2), a typical representative of the strong Lewis metal complexes.
Säure Charakter, wie sie vorliegend als p-Dotanden unter Schutz gestellt werden sollen, als n-Dotand zu überprüfen, wurde folgendes Experiment durchgeführt:Acid character as present as p-dopants below Protection to be verified as n-dopant, the following experiment was performed:
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-phenantholin) abgeschieden. Als Gelegenelektrode diente eine 150 nm dicke Aluminiumschicht. Figur 1 zeigt das Ergebnis, wobei ein 4 mm2 großes Bauelement gemessen wur- den das die durch Quadrate markierte typische Kennlinie ergab (Figur 1 Quadrate) .On a ITO (indium-tin-oxide = indium-doped tin oxide) electrode, a 150 nm thick layer of the electron conductor BCP (= 2, 9-dimethyl-4, 7-diphenyl-1, 10-phenantholin) was deposited by thermal evaporation. The exposed electrode was a 150 nm thick aluminum layer. FIG. 1 shows the result, with a 4 mm 2 component being measured, which yielded the characteristic curve marked by squares (FIG. 1, squares).
In einem zweiten Experiment werden in die BCP-Schicht durch Koverdampfung 10% PDW-2 eindotiert. Die durch Kreise in Figur 1 markierte Kennlinie unterscheidet sich nur unwesentlich von der Kennlinie des reinen BCP. Damit ist PDW-2 generell nicht als n-Dotand einsetzbar, insbesondere nicht in einem organischen elektronischen Halbleiterbauelement und den darin verwendeten typischen Elektronenleitern mit einem typischen HOMO im Bereich 5,8 - 6,2 eV bzw. einem typischen LUMO im Bereich von 3,0 - 2,4 eV.In a second experiment 10% PDW-2 is doped into the BCP layer by co-evaporation. The characteristic marked by circles in FIG. 1 differs only insignificantly from the characteristic curve of the pure BCP. Thus, PDW-2 is generally not usable as n-dopant, in particular not in an organic electronic semiconductor device and the typical electronic conductors used therein with a typical HOMO in the range 5.8 - 6.2 eV or a typical LUMO in the range of 3, 0-2.4 eV.
Analog zum oben beschriebenen Experiment wird PDW-2 durch Ko- verdampfung in den Lochleiter NPB (= Bis-N,N, N' , N' - (naphthyl- phenyl)benzidin) eindotiert. Für eine Dotierung von 0% (Kreise voll), 1% ( Quadrate), 5% (Dreiecke) und 10% (Kreise leer) ergaben sich die in Figur 2 dargestellten Kennlinien.Analogously to the experiment described above, PDW-2 is by coevaporation in the hole ladder NPB (= bis-N, N, N ', N' - (naphthyl-phenyl) benzidine) doped. For a doping of 0% (circles full), 1% (squares), 5% (triangles) and 10% (circles empty), the curves shown in Figure 2 were obtained.
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 relative Schichtdicken % aus (insbesondere 0 - 50%, besonders bevorzugt 0 - 15 %) . 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.These clearly demonstrate the potential for p-doping of hole-conducting matrix materials by PDW-2. Surprisingly, can be injected (negative branch of the x-axis), whereby a rectification factor of 3-10 "7 yields of aluminum no holes for effective doping just relative layer thicknesses range% from (particularly 0 -. 50%, particularly preferably 0 The characteristic curves between 1 - 10% PDW-2 in NPB are almost identical and the characteristics are also very steep, saturating at higher voltages the characteristic, which results in a current-limiting behavior.
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%) . Besonders bevorzugt ist die abfallende Spannung sogar um eine Zehnerpotenz oder mehr kleiner, so dass an den Transportschichten kein Spannungsabfall beobachtet wird.The doping of organic matrix materials with p-dopants is of crucial relevance for organic electronic components. Doped transport layers have the advantage that only a fraction of the voltage required for operation drops in them relative to the overall structure (<< 30%). Particularly preferably, the falling voltage is even smaller by a power of ten or more, so that no voltage drop is observed at the transport layers.
Figur 3 zeigt ein Beispiel für einen Schichtaufbau eines Photodetektors .FIG. 3 shows an example of a layer structure of a photodetector.
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.The structure is shown in the form of a stack consisting of top electrode 5, bottom electrode 3, the carrier substrate 1 and the organic photodiode layer 4 and the hole-guiding layer 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 p-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.An example of the construction of an organic photodetector having two active organic layers 4 and 6 can be seen. The layer 6 shows the p-doped hole transporter according to the invention. The actual photoconductive layer is designated by the reference numeral 4. In addition to the layers 5, 3, 1, 4 and 6 shown, the protection of the photodetector by means of encapsulation is also expedient.
Die Bottomelektrode 3 (Anode) kann aus Indium-Zinn-Oxid be- stehen (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.The bottom electrode 3 (anode) can be made of indium tin oxide (ITO) or of another metal. The top electrode 5 (cathode) may consist of aluminum (Al) or for example also of a Ca / Ag layer system or also of 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 o- der 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 Rhodi- umacetatbasierte "paddle-wheel" -Komplexe eingebettet sind, kann eine Schicht erzeugt werden, die eine unerwartet hohe Stromtragfähigkeit in Verbindung mit einer inhärenten Strom- begrenzung zeigt.Via the electrical line 7, the electrodes are connected to the voltage source. In the case of large-area photodiodes, the homogeneity of the charge injection plays an important role. Particles, crystallites or tips cause field elevations and thus potential starting points for "dark spots" which can lead to failure of the diode, through a hole injection layer or hole transport layer 6 in which, for example, dinuclear rhodium acetate-based paddle-wheel complexes are embedded. For example, a layer can be produced which exhibits an unexpectedly high current carrying capacity in conjunction with an inherent current limitation.
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-Dotand und Elektronenakzeptor wirken.Rhodium complexes are preferably used, such as metal complex compounds having a Rh 2 4+ core and a metal-metal bond, which act as p-dopant and electron acceptor due to their high Lewis acid character.
Besonders bevorzugt ist das Dirhodiumtetratrifluoracetat (Fig. 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 unsubstitu- ierte Aromaten als Donor für den Rh2 4+-Kern in axialer Positi- on dienen können. Experimentell konnte durch die Dotierung von NPB oder Naphdata (Naphdata =4 , 4 ' , 4 " -Tris ( (N-naphthyl) -N- phenyl-amino) -triphenylamin) mit PDW-2 in oben beschriebenen Experimenten gezeigt werden, dass dieser Vorgang eine p- Dotierung bewirkt.Particularly preferred is the dirhodium tetratrifluoroacetate (Figure 4), which is very well suited due to its favorable sublimation properties. The Chemical Literature [FA Cotton, CA Murillo, RA Walton's "Multiple Bonds between Metal Atoms" 3rd Edition, Springer Science and Business Media, Inc. 2005. 465-611.] Could also be shown, crystallographically, that even unsubstituted - Can serve as aromatic donor for the Rh 2 4+ core in the axial position. Experimentally, by doping NPB or naphdata (Naphdata = 4,4 ', 4 "-tris ((N-naphthyl) -N-phenyl-amino) -triphenylamine) with PDW-2 in experiments described above, it could be shown that this Operation causes a p-doping.
Figur 4 zeigt die Struktur von Rh2(CF3COO)4, an die das aromatische System Hexamethylbenzol koordiniert ist.Figure 4 shows the structure of Rh 2 (CF 3 COO) 4 , to which the aromatic system hexamethylbenzene is coordinated.
Auch die zu Rh2 4+-Komplexen isoelektronischen Metallkomplexe zu dieser Struktur, insbesondere solche, die noch ähnlicheThe metal complexes that are isoelectronic with Rh 2 4+ complexes to this structure, especially those that are still similar
Größen zeigen wie beispielsweise ein Analogon mit Ru2 2+-Ionen als Zentralatome sind ebenfalls geeignet als p-Dotanden. Diese bewirken zum einen die Schaufelradstruktur und zum anderen die sehr hohe Lewis-Säure Azidität dieser Komplexe. . Insbesondere geeignet sind die als p-Dotanden geeigneten Zentralatome bzw. Metallkomplexe, die direkt an aromatische Systeme, wie z.B. ungeladene aromatische Systeme koordinieren können. Als Zentralatome kommen daher insbesondere die Metalle der 6. bis 9. Nebengruppe in BetrachtSizes such as an analogue with Ru 2 2+ ions as central atoms are also suitable as p-dopants. These effect on the one hand the Schaufelradstruktur and on the other the very high Lewis acidity of these complexes. , Particularly suitable are the central atoms or metal complexes suitable as p-dopants, which can coordinate directly to aromatic systems, such as, for example, uncharged aromatic systems. As central atoms, therefore, especially the metals of the 6th to 9th subgroup are considered
Bei einem paddle-wheel-Komplex sind mindestens zwei, zumeist genau zwei Metallzentralatome insbesondere Übergangsmetall- atome, durch 1, 2 ,3 ,4 oder mehr mehrzähnige (insbesondere zweizähnige) Liganden, die an die mindestens zwei Metallzentralatome jeweils ein Ligandenatom binden, überbrückt. Die Metallatome sind hierbei, je nach Radius, zumeist 4 -fach mit den genannten Liganden koordiniert . Der Lewissäurecharakter der paddle-wheel-Komplexe ist insbesondere dadurch gegeben, dass zumindest an einem Metallatom eine lockere oder leere Koordinationsstelle vorhanden ist, an der beispielsweise die Anlagerung eines aromatischen Ringes, wie in Figur 4 gezeigt, stattfinden kann. Die Koordinations- Umgebung des Metallatoms ist bevorzugt so, dass eine Metall- Metall-Bindung besteht sowie 4 äquatoriale Bindungen zu Liganden. Im Regelfall weist daher die axiale Position die lockere oder leere Koordinationsstelle auf, wodurch der Komplex je nach Ligand und Zentralatom Lewis-azid ist.In a paddle-wheel complex, at least two, usually exactly two, metal central atoms, in particular transition metal atoms, are bridged by 1, 2, 3, 4 or more multidentate (in particular bidentate) ligands which each bind a ligand atom to the at least two metal central atoms. The metal atoms are here, depending on the radius, usually 4 times coordinated with the mentioned ligands. The Lewis acid character of the paddle-wheel complexes is given in particular by the presence of a loose or empty coordination site on at least one metal atom, at which, for example, the attachment of an aromatic ring can take place, as shown in FIG. The coordination environment of the metal atom is preferably such that there is a metal-metal bond and 4 equatorial bonds to ligands. As a rule, therefore, the axial position has the loose or empty coordination point, whereby the complex is Lewis acid depending on the ligand and central atom.
Als Liganden eignen sich insbesondere alle zwei -oder mehr- zähnigen Liganden, bevorzugt elektronenziehende Liganden. Beispielsweise genannt seien die Anionen von elektronenziehenden Carbonsäuren, wie beispielsweise CHaIxH3.XCOOH, insbe- sondere CFXH3-XCOOH und CC1XH3_XCOOH (wobei x eine ganze Zahl zwischen 0 und 3 ist und HaI ein Halogenatom darstellt) , (CRi, R2, R3) COOH, wobei Ri, R2 und R3 unabhängig voneinander Al- kyl, wie besonders bevorzugt H, methyl, ethyl, propyl, i- sopropyl, n- Butyl, sec- Butyl, tert-Butyl, sowie Benzoesäure und deren substituierte Analoga (o, p, m-Fluorbenzoesäure, o,p,m- Cyanobenzoesäure, Nitrobenzoesäure, Alkylbenzoesäuren mit fluorierten oder teilweise fluorierten Alkylgruppen, ggf. auch ein oder mehrfach substituiert, Pyridincarbonsäuren etc.) sein kann.Suitable ligands are in particular all two or more dentate ligands, preferably electron-withdrawing ligands. Examples which may be mentioned are the anions of electron-withdrawing carboxylic acids, such as, for example, CH aI x H 3 . X is COOH, and in particular CF X H 3 - X COOH and CC1 X H 3 _ X COOH (wherein x and Hal is an integer between 0 and 3 represents a halogen atom), (CRi, R 2, R 3) COOH, where R 1, R 2 and R 3, independently of one another, are alkyl, particularly preferably H, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, and also benzoic acid and its substituted analogs (o, p, m-fluorobenzoic acid, o, p, m-cyanobenzoic acid, nitrobenzoic acid, alkylbenzoic acids with fluorinated or partially fluorinated alkyl groups, if appropriate may also be monosubstituted or polysubstituted, pyridinecarboxylic acids, etc.).
Die erfindungsgemäß verwendeten Metallkomplexe stellen vor- zugsweise 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.The metal complexes used in accordance with the invention are preferably molecules which can be vaporized independently of one another. It is understood that individual metal complexes may each be bonded to each other or to other components such as the matrix material.
Rein formal könnten die Valenzelektronen des PDW-2 wie folgt berechnet werden:In purely formal terms, the valence electrons of PDW-2 could be calculated as follows:
In der Gruppe IX mit 4 einfach negativ geladenen zweizähnigenIn group IX with 4 single negatively charged bidentate
Liganden ergibt sich folgendes Bild für Metall-Metall:Ligands gives the following picture for metal-metal:
4 x 4e = 16 Elektronen von den Liganden 1 x 2e = 2 von der Einfachfachbindung zwischen Rh-Rh4 x 4e = 16 electrons from the ligands 1 x 2e = 2 from the single bond between Rh-Rh
2 x 9e = 18 vom Rhodium2 x 9e = 18 of rhodium
Summe 36, damit hat jedes Rh Edelgaskonfiguration d.h. stabilSum 36, so that each Rh has noble gas configuration, i. stable
Alternativ ergibt sich die Summe 36 für andere Metalle bei gleichen Liganden: Metalle der Gruppe 6: Metall - Metall-Vierfachbindung d.h. σ,Alternatively, the sum of 36 for other metals equals the same ligands: Group 6 metals: metal - metal quadruple bond, i. σ,
2 x π, I x δ-Bindung besetzt2 x π, I x δ bond occupied
Metalle der Gruppe 7: Metall - Metall-Dreifachbindung d.h. σ,Group 7 metals: metal - metal triple bond i. σ,
2 x π, I x δ-Bindung, 1 x δ* besetzt2 x π, I x δ bond, 1 x δ * occupied
Metalle der Gruppe 8: Metall - Metall-Zweifachbindung d.h. σ, 2 x π, 1 x δ-Bindung, 1 x δ*, 1 x π* besetztGroup 8 metals: metal - metal double bond i. σ, 2 x π, 1 x δ bond, 1 x δ *, 1 x π * occupied
Metalle der Gruppe 9: Metall - Metall-Einfachbindung d.h. σ,Group 9 metals: metal - metal single bond i. σ,
2 x π, I x δ-Bindung, 1 x δ*, 2 x π* besetzt2 x π, I x δ bond, 1 x δ *, 2 x π * occupied
Dabei versteht sich, dass einzelne Metallkomplexe jeweils un- tereinander oder mit anderen Komponenten wie dem Matrixmaterial gebunden sein können. Durch die Bindungsbildung der Donator-Akzeptorwechselwirkung und die Molekülgröße werden die Dopanten in der Matrix fixiert.It is understood that individual metal complexes can each be bound together or with other components such as the matrix material. By binding form the donor Akzeptorwechselwirkung and the molecular size of the dopants are fixed in the matrix.
Als organische Matrixmaterialien eignen sich alle gängigen Lochleitermatrizen, wie beispielsweise NPB; Naphdata; N, N1 -Bis (naphthalen-1-yl) -N, N1 -bis (phenyl) -benzidine; N, N1 - Bis (naphthalen-2-yl) -N, N' -bis (phenyl) -benzidine; N,N! -Bis (3- methylphenyl) -N, N1 -bis (phenyl) -benzidine; N, N' -Bis (3- methylphenyl) -N, N1 -bis (phenyl) -9, 9-spirobifluorene; N,N' - Bis (naphthalen-1-yl) -N, N' -bis (phenyl) -9 , 9-spirobifluorene; N, N' -Bis (3 -methylphenyl) -N, N1 -bis (phenyl) -9, 9-dimethyl- fluorene; N, N1 -Bis (3-naphthalen-1-yl) -N, N1 -bis (phenyl) -9 , 9- dimethyl-fluorene; N, N1 -Bis (3 -methylphenyl) -N, N1 -bis (phenyl) - 9, 9-diphenyl-fluorene; N, N1 -Bis (3-naphthalen-1-yl) -N, N1 - 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, N1 - 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, N1 -bis (phenanthren-9-yl) -N, N1 - 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 o- xide phthalocyanine ; 2, 3 , 5 , 6-Tetrafluoro-7, 7, 8, 8 , -tetracyano- quinodimethane; 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 .Suitable organic matrix materials are all common hole conductor matrices, such as NPB; NaphDATA; N, N 1 -bis (naphthalen-1-yl) -N, N 1 -bis (phenyl) -benzidines; N, N 1 - bis (naphthalen-2-yl) -N, N '-bis (phenyl) -benzidines; N, N ! -To 3- methylphenyl) -N, N 1 -bis (phenyl) -benzidines; N, N'-bis (3-methylphenyl) -N, N 1 -bis (phenyl) -9,9-spirobifluorene; N, N '- bis (naphthalen-1-yl) -N, N' -bis (phenyl) -9,9-spirobifluorenes; N, N'-bis (3-methylphenyl) -N, N 1 -bis (phenyl) -9,9-dimethylfluorenes; N, N 1 -bis (3-naphthalen-1-yl) -N, N 1 -bis (phenyl) -9,9-dimethyl-fluorenes; N, N 1 -bis (3-methylphenyl) -N, N 1 -bis (phenyl) -9,9-diphenyl-fluorenes; N, N 1 -bis (3-naphthalen-1-yl) -N, N 1 -bis (phenyl) -9,9-diphenyl-fluorenes; 2, 2 ', 7, 7' tetrakis (N, N-diphenylamino) -9,9'-spirobifluorenes; 9,9-bis [4- (N, N-bis-biphenyl-4-yl-amino) -phenyl] -9H-fluorenes; 9,9-bis [4- (N, N-bis-naphthalen-2-ylamino) -phenyl] -9H-fluorenes; 9,9-bis [4- (N, N- 1 -bis-naphthalen-2-yl-N, N'-bis-phenyl-amino) -phenyl] -9H-fluorenes; 2, 2 ', 7, 7' tetrakis [(N-naphthalenyl (phenyl) amino] - 9, 9-spirobifluorene; N, N 1 -bis (phenanthren-9-yl) -N, N 1 - bis ( 2,7-bis [N, N-bis (9,9-spiro-bifluoren-2-yl) -amino] -9,9-spirobifluorene; 2,2 '-bis [N, N-] phenylbenzidine; bis (biphenyl-4-yl) -amino] -9,9-spirobifluorenes; 2,2'-bis (N, N-di-phenylamino) -9,9-spirobifluorenes; phthalocyanine-copper complex; 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, -tetracyanoquinodimethanes; pyrazino [2,3-f] [1,10] phenanthrolone-2, 3-dicarbonitriles; N, N, N ', N' -Tetrakis (4-methoxyphenyl) benzidines; 2, 7 -Bis [N, N-bis (4-methoxyphenyl) amino] -9,9-spirobifluorenes; 2,2 '-Bis [N, N bis (4-methoxyphenyl) amino] -9, 9-spi robifluorene; 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-dimentylfluorenes and 2, 2 ', 7, 7'-tetrakis (carbazol-9-yl) -9,9'-spirobifluorenes.
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-dotier- ten Materialien, die in elektronischen organischen Bauteilen insbesondere in Form von Schichten oder elektrischen Lei- tungspfaden 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 orga- nische Photodioden, organische Solarzellen, organische Feldeffekt-Transistoren sowie organische Photovoltaik allgemein.By means of the metal complexes used according to the invention, it is possible to produce semiconducting layers, which if appropriate also have a linear shape, such as, for example, as suffering pathways, contact or the like. Using the organic p-doped materials according to the invention, which can be arranged in electronic organic components, in particular in the form of layers or electrical conduction paths, a multiplicity of electronic components or devices containing them can be produced. For the purposes of the invention, the term "electronic component" also encompasses optoelectronic components.The invention particularly includes organic photodiodes, organic solar cells, organic field-effect transistors and organic photovoltaics in general.
Durch die erfindungsgemäßen Verwendungen können die elektronischen Eigenschaften eines elektronisch funktionell wirksa- men Bereich des Bauteils wie dessen elektrische Ladungsträgermobilität, lichtabsorbierende Eigenschaften oder dergleichen vorteilhaft verändert werden. Die erfindungsgemäße Verwendung kann innerhalb einer Lochleiter- oder Lochtransport- Schicht sowie in einer Bulk-Heterojunction eingesetzt werden.By means of the uses according to the invention, the electronic properties of an electronically functionally effective region of the component, such as its electrical charge carrier mobility, light-absorbing properties or the like, can be advantageously changed. The use according to the invention can be used within a hole conductor or hole transport layer as well as in a bulk heterojunction.
Die Metallkomplexe können erfindungsgemäß in den elektronischen Bauteilen aber auch in Schichten, Leitfähigkeitspfaden, Punktkontakten oder dergleichen eingesetzt werden.The metal complexes can be used according to the invention in the electronic components but also in layers, conductivity paths, point contacts or the like.
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 durchThe experimentally found current limitation has not been observed in any of the published material systems suitable for doping. This aspect is particularly important for large-area organic photodiodes because it causes a homogenization of the absorption density. Field peaks on particles or tips in the substrate material are through
Schichten mit Strombegrenzung ausgeglichen, da der maximale Stromfluss nicht mehr vom angelegten Feld abhängt.Strata with current limitation compensated because the maximum current flow no longer depends on the applied field.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand einiger experi- menteller Ergebnisse verdeutlicht:In the following, the invention will be clarified on the basis of some experimental results:
Beispiel zu Figur 5 : Analog zum oben beschriebenen Experiment wird PDW-2 durch Ko- verdampfung in den Lochleiter NPB (= Bis-N, N, N' ,N' - (naphthyl- phenyl)benzidin) eindotiert. Für eine Dotierung von 0%, 1%, 5% und 10% und 100% PDW2 ergeben sich die in Figur 5 darge- stellten Kennlinien.Example for FIG. 5: Analogously to the experiment described above, PDW-2 is by coevaporation in the hole ladder NPB (= bis-N, N, N ', N' - (naphthyl-phenyl) benzidine) doped. For a doping of 0%, 1%, 5% and 10% and 100% PDW2, the characteristics shown in FIG. 5 result.
Eine zusätzliche Bande im UV-Spektrum im Bereich zwischen 550-600 nm zeigt die Dotierfähigkeit von NPB durch PDW-2.An additional band in the UV spectrum in the range between 550-600 nm shows the dopability of NPB by PDW-2.
Die Grafik von Figur 6 zeigt das Photolumineszenzspektrum der im oben beschriebenen Beispiel zu Figur 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 Fluores- zenz.The graph of FIG. 6 shows the photoluminescence spectrum of the layers shown in FIG. 5 in the example described above. Upon excitation of the layer with UV light of 342 nm, the fluorescence of the NPB layer decreases steadily. In line with other dopants, PDW-2 also quenches the fluorescence.
Beispiel zu Figur 7 :Example for FIG. 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 (AIq = Aluminiumtrishydroxychinolinat , LiF = Lithiumfluorid) .On an ITO (indium-tin-oxide = indium-doped tin oxide) electrode successive layers are deposited by thermal evaporation to build an organic light emitting diode (AIq = aluminum trishydroxyquinoline, LiF = lithium fluoride).
a. 50 nm NPB; 40 nm NPB; 40 nm AIq; 0.7 nm LiF; 200 nm Al (Kreise voll) b. 50 nm NPB:PDW-2 [10%] ; 40 nm NPB; 40 nm AIq; 0.7 nm LiF; 200 nm Al (Kreise leer)a. 50 nm NPB; 40 nm NPB; 40 nm Alq; 0.7 nm LiF; 200 nm Al (circles full) b. 50 nm NPB: PDW-2 [10%]; 40 nm NPB; 40 nm Alq; 0.7 nm LiF; 200 nm Al (circles empty)
Durch den Einsatz der dotierten Lochinjektionsschicht wird in der I-V-Kennlinie die Spannung von 5.77 V auf 5.03 V reduziert, um eine Stromdichte von 10 mA/cm2 zu erreichen. Die Effizienz dieser Diode wird dadurch deutlich verbessert, wie aus Figur 7 ersichtlich ist.By using the doped hole injection layer, the voltage in the IV characteristic is reduced from 5.77 V to 5.03 V in order to achieve a current density of 10 mA / cm 2 . The efficiency of this diode is thereby significantly improved, as can be seen from FIG.
Durch die Reduzierung der VersorgungsSpannung wird dieBy reducing the supply voltage is the
Leuchtdichte von 1000 cd/m2 schon bei 6.18 V mit der dotier- ten Lochinjektionsschicht und erst bei 7.10V mit der undotierten Lochinjektionsschicht erreicht (Figur 8) .Luminance of 1000 cd / m 2 even at 6.18 V with the doping th hole injection layer and only at 7.10 V with the undoped hole injection layer reached (Figure 8).
Beispiel zu Figur 9 :Example for FIG. 9:
PDW-2 ist in Aufbauten analog dem Beispiel zu Figur 5 ähnlich effizient, wie andere literaturbekannte Dopanden z.B. MoO3 oder F4TCNQ wie der hier gezeigte Vergleich beweist.PDW-2 is similarly efficient in structures analogous to the example of Figure 5, as other literature known dopants such as MoO 3 or F 4 TCNQ as the comparison shown here proves.
Beispiel zu Figur 10 :Example for FIG. 10:
Die Ladungsträgerdichte kann in anderen Lochleitern wie Naph- data durch den Dopanden PDW-2 ebenfalls erhöht werden.The charge carrier density can also be increased in other hole guides such as naph data by the PDW-2 dopant.
Transiente Dunkelstrommessungen zeigen, dass bei einer Dotierung von 10% PDW-2 in Naphdata die Mobilität nahezu konstant bleibt. Wie das Beispiel zu Fig. 10 demonstriert, steigt die für die organische Leuchtdiode zur Verfügung stehende Ladungsträgerdichte stark an, was sich sehr positiv auf die Kennlinien von organischen Leuchtdioden auswirkt.Transient dark current measurements show that at a doping level of 10% PDW-2 in Naphdata mobility remains almost constant. As the example of FIG. 10 demonstrates, the charge carrier density available for the organic light-emitting diode increases sharply, which has a very positive effect on the characteristics of organic light-emitting diodes.
(σ = Leitfähigkeit, μ = Mobilität, n = Zahl der Ladungsträger, e = Elementarladung)(σ = conductivity, μ = mobility, n = number of charge carriers, e = elementary charge)
Beispiel zu Figur 11 :Example for FIG. 11:
Eine analog Beispiel zu Figur 7 aufgebaute Leuchtdiode mit Naphdata statt NPB in der Lochinjektionsschicht.An analogous to Figure 7 constructed light emitting diode with naphdata instead of NPB in the hole injection layer.
a. 50 nm Naphdata; 40 nm NPB; 40 nm AIq; 0.7 nm LiF; 200 nm Al (Kreise voll) b. 50 nm Naphdata: PDW-2 [10%] ; 40 nm NPB; 40 nm AIq; 0.7 nm LiF; 200 nm Al (Kreise leer)a. 50 nm Naphdata; 40 nm NPB; 40 nm Alq; 0.7 nm LiF; 200 nm Al (circles full) b. 50 nm Naphdata: PDW-2 [10%]; 40 nm NPB; 40 nm Alq; 0.7 nm LiF; 200 nm Al (circles empty)
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 (Figur 11)By using the doped hole injection layer, the voltage in the IV characteristic is reduced from 11.6 V to 8.0 V in order to achieve a current density of 10 mA / cm 2 . The Efficiency of this diode is thereby significantly improved (FIG. 11)
Beispiel zu Figur 12 :Example for FIG. 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 (Figur 12) .By reducing the supply voltage, the luminance of 1000 cd / m 2 is achieved even at 10.6 V with the doped hole injection layer and only at 13.9 V with the undoped hole injection layer (FIG. 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 Homogeni- sierung 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.The experimentally found current limitation has not been observed in any of the published material systems suitable for doping. This aspect is particularly important for large-area organic photodiodes because it causes a homogenization of the absorption density. Field peaks on particles or tips in the substrate material are compensated for by current-limiting layers, since the maximum current flow no longer depends on the applied field.
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 Strom- transport im Molekül auf zwei Metallatome verteilt wird, was zur Stabilität der Gesamtschicht beiträgt.The invention is characterized in particular by the fact that the materials used are compatible with the base materials of organic electronic components and that, for example, in the preferred binuclear metal complexes with the metal-metal bond formally the charge during current transport in the molecule is distributed to two metal atoms, resulting in Stability of the total layer contributes.
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Metallkomplexes als p-Dotand für ein organisches halbleitendes Matrixmateri- al, ein organisches Halbleitermaterial und ein organisches elektronisches Halbleiterbauteil . Die Erfindung offenbart dabei die Verwendung von Metallkomplexen, die als Lewis-Säuren fungieren als p-Dotanden in organischen Matrixmaterialien. The invention relates to the use of a metal complex as p-dopant for an organic semiconducting matrix material, an organic semiconductor material and an organic electronic semiconductor component. The invention discloses the use of metal complexes which act as Lewis acids as p-dopants in organic matrix materials.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verwendung eines Metallkomplexes als p-Dotand zur Dotierung eines lochleitenden organischen Matrixmaterials, wo- bei der Metallkomplex ein Metallkomplex mit Lewissäureeigenschaft ist und als Elektronenpaarakzeptor wirkt.1. Use of a metal complex as p-dopant for doping a hole-conducting organic matrix material, wherein the metal complex is a metal complex with Lewis acid property and acts as an electron pair acceptor.
2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei der Metallkomplex ein mehrkerniger Metallkomplex ist.2. Use according to claim 1, wherein the metal complex is a polynuclear metal complex.
3. Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei das Zentralatom des Metallkomplexes ein neutrales oder geladenes Übergangsmetallatom ist.3. Use according to any one of the preceding claims 1 or 2, wherein the central atom of the metal complex is a neutral or charged transition metal atom.
4. Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Zentralatom aus der 6. bis 9. Nebengruppe ausgewählt ist.4. Use according to one of the preceding claims, wherein at least one central atom from the 6th to 9th subgroup is selected.
5. Verwendung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zu- mindest ein Zentralatom Rhodium ist.5. Use according to the preceding claim, wherein at least one central atom is rhodium.
6. Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Metallkomplex ein mehrkerniger Metallkomplex ist, bei dem zumindest ein Ligand zwei Zentralatome koordinativ verbindet.Use according to any one of the preceding claims wherein the metal complex is a polynuclear metal complex in which at least one ligand coordinately couples two central atoms.
7. Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Zentralatom quadratisch planar von Liganden umgeben ist.7. Use according to one of the preceding claims, wherein at least one central atom is square-planar surrounded by ligands.
8. Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Metallkomplex mehrkernig und symmetrisch aufgebaut ist.8. Use according to one of the preceding claims, wherein the metal complex is multi-nuclear and symmetrical.
9. Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Liganden Carbonsäuren oder Carbonsäureanionen mit elekt- ronenziehenden Substituenten sind.9. Use according to one of the preceding claims, wherein the ligands are carboxylic acids or carboxylic anions with electron-withdrawing substituents.
10. Verwendung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Metallkomplex eine Schaufelradstruktur hat. Use according to any one of the preceding claims, wherein at least one metal complex has a paddle wheel structure.
11. Halbleitendes Material hergestellt unter Verwendung eines Metallkomplexes nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in Form einer elektrisch kontaktierbaren Schicht.11. A semiconductive material prepared using a metal complex according to any one of claims 1 to 10 in the form of an electrically contactable layer.
12. Organisches halbleitendes Material enthaltend zumindest ein organisches Matrixmaterial und einen p-Dotanden nach einem der Ansprüche 1 bis 10.12. An organic semiconductive material containing at least one organic matrix material and a p-dopant according to any one of claims 1 to 10.
13. 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.The organic semiconductive material of claim 11, wherein the molar doping ratio of p-dopant to monomeric units of a polymeric matrix molecule is between 1: 1 and 1: 100,000.
14. 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.14. A process for producing an organic semiconductive material comprising an organic matrix material and a p-dopant, wherein as p-dopant at least one or more metal complexes according to one of claims 1 to 10 are used.
15. 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.15. An organic electronic component comprising an electronically functionally effective region, wherein the electronically functionally effective region is prepared using at least one or more metal complexes according to any one of claims 1 to 10.
16. 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.16. The organic electronic device of claim 15, wherein the electronically functionally effective region comprises an organic semiconductive matrix material comprising at least one p-dopant for altering the electronic properties of the semiconductive matrix material using at least one or more metal complexes according to any one of claims 1 to 10 is doped.
17. 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. 17. Organic electronic component according to one of claims 15 to 16 in the form of a photovoltaic cell, an organic solar cell, an organic diode, an organic photodiode and / or an organic field effect A transistor in which the semiconductive material doped with at least one or more metal complexes according to any one of claims 1 to 10 constitutes an electronically functionally effective part of the electronic component.
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