WO2017102861A1 - Organisches elektronisches bauelement und verwendung eines fluorierten sulfonimid-metallsalzes - Google Patents

Organisches elektronisches bauelement und verwendung eines fluorierten sulfonimid-metallsalzes Download PDF

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organic
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organic electronic
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Andreas Rausch
Anna Maltenberger
Dominik Pentlehner
Niels Gerlitzki
Günter Schmid
Sabine Szyszkowski
Dimitrios ZEVGITIS
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Osram Oled Gmbh
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the invention relates to an organic electronic
  • the invention relates to the use of a fluorinated sulfonimide metal salt.
  • organic electronic components such as
  • organic transistors organic transistors
  • organic light-emitters organic light-emitters, organic light-emitters, organic light-emitters, organic light-emitters, organic light-emitters, organic light-emitters, organic light-emitters, organic light-emitters, organic light-emitters, organic light-emitters, organic light-
  • Charge-transporting layers needed to ensure a stable charge transport In light-guiding diodes, the described layer can be used both as
  • Transport layer as well as in a batch generation layer use find. Both hole transport layers and electron transport layers are used. In order to increase the efficiency of the devices, those used in the charge-transporting layers
  • Matrix materials often additionally doped with other compounds, so-called dopants that improve the charge transport. So hole transport layers are often with
  • Light emitting diodes depend on the luminescence
  • Electron and hole transport from the electrodes to the light-emitting layer is needed. Especially in the case of large area light guides, the hole transport layer is very important for the efficiency yield. The voltage drop across the transport layers should therefore be minimized to a high efficiency of the organic electronic
  • LiTFSI is currently used in solar cells.
  • An object of the invention is to provide an efficient
  • Another object of the invention is the use of a
  • the organic electronic device comprises at least one organic layer.
  • the organic layer comprises a fluorinated sulfonimide metal salt.
  • the fluorinated sulfonimide metal salt is designed to increase electrical conductivity.
  • the fluorinated sulfonimide metal salt has the following
  • M is either a divalent or higher valent metal with an atomic mass of greater than 26 g / mol or a monovalent metal with an atomic mass of greater than or equal to 39 g / mol.
  • N indicates the valency of M and 1 ⁇ n ⁇ 7.
  • Ri and R 2 can be selected independently of each other. Ri and R 2 can be from the following group or
  • Alkyl radical a fluoro-substituted arylalkyl radical.
  • the organic layer has one
  • n has a value of from 1 to 4 inclusive, more preferably from 1 to 2 inclusive.
  • M is selected from a group: copper, zinc, aluminum, bismuth, potassium,
  • the radicals Ri and / or R 2 may each be a trifluoromethane.
  • TFSI trifluoromethanesulfonimide metal salts
  • Matrix materials in particular organic hole conductors, can improve when the matrix materials with the
  • Metal salts are doped.
  • M copper.
  • n 2.
  • the fluorinated sulfonimide metal salts according to the invention do not belong to the superacids since the sulfonimide
  • Metal salts have an acid constant value Pkg> 0.
  • superacids have a Pkg value of ⁇ 0.
  • a decisive advantage compared to superacids is that the fluorinated sulfonimide metal salts can be evaporated without decomposition and can thus be made available by sublimation in the required high purity and used in the vacuum process.
  • the radicals R 1 and R 2 are selected independently of one another and from the following group: a linear or branched, at least partially fluorine-substituted alkyl radical having 1 to 10
  • fluoro-substituted aryl radical having 1 to 20 carbon atoms or at least partially fluorine-substituted
  • Arylalkyl radical having 1 to 20 carbon atom having 1 to 20 carbon atom.
  • Arylalkyl radicals may also be completely substituted by fluorine.
  • R 1 and R 2 are the same substituents and from the following group
  • the sulfonimide anion is selected from the following group:
  • Sulfonimide anion be exemplary only and to
  • sulfonimide anions are not intended to limit the scope of the invention.
  • several identical or different fluorinated sulfonimide anions may be bonded to a metal center M n + .
  • the coordination of individual sulfonimide Anions can be different.
  • an anion may simply be bound to the metal via oxygen.
  • the binding can also take place twice over different oxygen atoms.
  • the metal salt can form an ionic bond and / or a complex compound.
  • coordination of the sulfonimide anion can be via two oxygen atoms to the metal. This can also be called chelation.
  • M is selected from the group of divalent or higher valent metals having an atomic mass of greater than 26 g / mol.
  • the positive charge on the metal can assume a value between 2 and 7, inclusive, and is compensated in particular by n perversely charged perfluorinated sulfonimide anions.
  • n takes a value between 2 and 7, inclusive
  • the radicals Ri and R 2 are in particular a linear or branched partially or completely fluorinated alkyl substituent having 1 to 10 carbon atom, a partially or fully fluorinated aryl substituent having 1 to 20 carbon atom or a partial or
  • M is selected from the group of monovalent metals having an atomic weight of> 39 g / mol.
  • the positive charge on the metal assumes a value of 1, and is in particular due to a singly negatively charged perfluorinated sulfonimide anion
  • the radicals Ri and R 2 are in particular from a Selected from the group consisting of a linear or branched partially or fully fluorinated alkyl substituent having 1 to 10 carbon atoms, a partially or fully fluorinated aryl substituent having 1 to 20 carbon atoms and a partially or fully fluorinated
  • Alkylaryl substituents having 1 to 20 carbon atoms having 1 to 20 carbon atoms
  • the organic layer is a hole injection layer and / or
  • Lochinjetechnischstik and / or hole transport layer consist of the fluorinated sulfonimide metal salt or contain this.
  • the main task of the organic layer is to inject and / or transport holes - also called hole electrons or positive charge carriers.
  • the organic layer is hole-transporting, its main task is to transport holes and the fluorinated sulfonimide metal salt is formed as a p-type dopant.
  • the organic layer comprises a matrix material, wherein the p-type dopant at least partially or completely as
  • Electron acceptor with respect to the matrix material acts. In particular, it forms a coordinative bond with
  • the term p-type dopant includes or means in particular materials which, with regard to the matrix material, have at least partial or complete Lewis acidity or act as Lewis acid and / or are capable of binding, in particular covalent, ionic or coordinative bonds, with the matrix material in which these
  • the matrix material is a hole transport material. In other words, that is
  • the matrix material is selected from a group comprising HTM014, HTM081, HTM163, HTM222, NHT5, NHT49, NHT51, EL-301, HTM226, HTM355, HTM133, HTM334, HTM604, and EL-22T.
  • the abbreviations designate manufacturers' names, e.g. Merck or Novaled.
  • the abbreviations designate manufacturers' names, e.g. Merck or Novaled.
  • the abbreviations designate manufacturers' names, e.g. Merck or Novaled.
  • the abbreviations designate manufacturers' names, e.g. Merck or Novaled.
  • the abbreviations designate manufacturers' names, e.g. Merck or Novaled.
  • the abbreviations designate manufacturers' names, e.g. Merck or Novaled.
  • the abbreviations designate manufacturers' names, e.g. Merck or Novaled.
  • the abbreviations designate manufacturers' names, e.g
  • hole-transporting layer has a layer thickness between 1 nm and 1000 nm, preferably between 30 nm and 300 nm,
  • the p-type dopant has a content of between 1% by volume or 5% by volume and including 50% by volume, in particular between
  • the degree of doping can be adapted to the charge transport required for the component.
  • balanced charge transport is important, that is, there must be a balance between electrons and holes.
  • light-emitting layer of an organic light-emitting diode is, for example, an exciton formed by a hole and an electron, necessary for the emission of light, so that as many as possible
  • Electrons and holes should be present in the light-emitting layer to obtain an efficient device. Also, the lifetime of the device can be improved by a good charge balance, since excess
  • Charge carriers for example holes or radicals
  • Degradation for example by oxidation, which can lead to materials.
  • the organic layer is a charge carrier generation layer (charge
  • the electronic component formed as a tandem OLED thus has at least two organic light-emitting layers, which are separated from each other by the carrier generation layer.
  • the organic layer is by physical vapor deposition through
  • the organic layer is produced by means of a wet chemical method.
  • Liquid phase so a wet-chemical process, are processed.
  • both the p-type dopant and the matrix material are evaporated together, preferably from different sources in a high vacuum, and deposited as a layer.
  • Liquid phase, the p-type dopant and the matrix material are dissolved in a solvent and deposited by means of printing techniques, spin coating, knife coating, slot coating et cetera.
  • the finished layer is obtained by evaporation of the solvent. It can be adjusted by the different mass ratios of p-type dopant to the matrix material any doping ratios. All matrix materials that can be separated from the gas phase are possible.
  • the following matrix materials can preferably be processed by means of a solvent process or wet-chemical process:
  • PEDOT poly (3,4-
  • PANI Poly (',' - bis (4-butylphenyi; polyaniline
  • matrix materials which are referred to as "small molecules” can be processed with particular preference by means of a solvent process.
  • a class of compounds is known to the person skilled in the art and includes, for example, spiro-TAD (2, 2 ', 7, 7' tetrakis (N, N-diphenylamino) -9, 9'-spirobifluorene) and spiro-TTB (2,2 '). , 7,7'-tetrakis- ( ⁇ , ⁇ '-di-p-methylphenylamino) -9,9'-spirobifluorene and other materials as listed in this application as matrix materials.
  • this includes
  • Matrix material of the organic electronic component of one or more of the following materials the
  • the possible matrix materials are not limited to the materials mentioned. Also other materials, such as the commercially available matrix materials from Merck, Novaled, Lumtec, Sensient, and Hodogaya, with the product designations HTM014, HTM081, HTM163, HTM222, NHT5, NHT49, NHT51, EL-301, EL-22T, are particularly good suitable. But also comparable commercially available materials can be used.
  • the component comprises a hole-injecting layer.
  • the hole injecting layer may include the p-type impurity or the p-type impurity and the
  • matrix material As matrix materials, the matrix materials mentioned can be used for a hole-transporting and electron-blocking layer.
  • the degree of doping is in volume percent of the p-
  • Dopant based on the volume of the matrix material between 70 vol .-% and 100 vol .-%.
  • the hole-injecting layer consists of the p-type dopant.
  • the organic electronic component is selected from the group consisting of organic transistors, organic light-emitting diodes, organic light-emitting electrochemical cells,
  • the organic transistor is a field-effect transistor or a
  • Bipolar transistors are bipolar transistors
  • the organic electronic device is an organic light emitting diode.
  • the organic electronic device is an organic light emitting LED and the organic layer is a hole injection layer
  • the hole injection layer may comprise the fluorinated sulfonimide metal salt.
  • the organic comprises
  • the matrix material and the p-type dopant form an electron-blocking layer in the organic electronic device.
  • Electron-blocking layer may comprise or consist of the p-type dopant and the matrix material.
  • the matrix material is one
  • electron-blocking layer at least partially
  • Typical matrix materials of an electron-blocking layer are:
  • the organic electronic component comprises a cathode, an anode and a hole-transporting layer, which comprises or consists of the matrix material and the p-type dopant.
  • the one layer is disposed in indirect contact with one of the other two layers and in direct mechanical and / or electrical contact or in indirect contact with other layers.
  • further layers can then be arranged between the one and at least one of the two other layers.
  • the organic electronic component comprises a light-emitting layer.
  • the light-emitting layer is configured to generate light or to provide charge carriers for a stacked element in an operating state of an organic light-emitting diode.
  • Suitable materials for the light-emitting layer are materials that emit radiation due to
  • organic materials organic or
  • organometallic compounds such as derivatives of polyfluorene, polythiophene and polyphenylene, for example 2- or 2,5-substituted poly-p-phenylenevinylene) and / or
  • Metal complexes for example iridium complexes, such as blue phosphorescent FIrPic (bis (3,5-difluoro-2- (2-pyridyl) phenyl- (2-carboxypyridyl) iridium III), green
  • Light emitting diode may also be a plurality of
  • this is located, optionally separated by a thin separator in the immediate vicinity of an electron-transporting layer.
  • the organic electronic component comprises a cathode, an anode and a hole-injecting layer which comprises or consists of the matrix material and the p-type dopant or the p-type dopant.
  • hole-injecting layer has a direct mechanical and / or electrical contact with the anode.
  • hole-injecting layer disposed between the light-emitting layer and the anode.
  • the organic electronic component comprises a cathode, an anode and a Electron-blocking layer comprising the matrix material and the p-type dopant or from these materials
  • Electron blocking layer disposed between the anode and the cathode.
  • Electron blocking layer on a direct mechanical and / or electrical contact with the light-emitting layer.
  • the component comprises an anode, a hole-injecting layer and a
  • the hole-injecting layer is disposed between the hole-transporting layer and the anode.
  • the hole-transporting layer comprises or consists of the matrix material and the p-type dopant and / or the hole-injecting layer comprises or consists of the p-type dopant or the matrix material and the p-type dopant.
  • the component comprises an anode, a hole-injecting layer, a hole-transporting layer and an electron-blocking layer.
  • the hole-injecting layer is disposed between the hole-transporting layer and the anode.
  • the hole transporting layer comprises or consists of the matrix material and the p-type dopant and / or the
  • Electron-blocking layer comprises or consists of the matrix material and the p-type dopant and / or the
  • hole-injecting layer comprises or consists of the p-type dopant or the matrix material and the p-type dopant.
  • the hole-injecting layer comprises or consists of the p-type dopant or the matrix material and the p-type dopant.
  • hole-injecting layer between the hole-injecting layer and the hole-transporting layer, and between the hole-transporting layer and the hole-injecting layer
  • a light-emitting layer is present, it is preferably in direct
  • the organic light-emitting diode may include layers of organic polymers, organic oligomers, organic monomers, organic small non-polymeric molecules ("small molecules") or combinations thereof.
  • the organic light-emitting diode may, for example, in addition to the layers mentioned electron-injecting layers, electron-transporting layers and / or
  • the organic light-emitting diode has a substrate on which the anode and the cathode are applied.
  • the substrate can
  • the anode is disposed above the substrate and is preferably in direct alignment therewith
  • an encapsulation arrangement may be arranged which the
  • Influences such as moisture, oxygen,
  • Hydrogen sulfide or other substances can protect.
  • the encapsulation assembly is in direct mechanical contact with the cathode.
  • WO 2010/066245 AI in particular with regard to the structure, the layer composition and the materials of the substrate, the anode and the cathode and the
  • the invention further relates to the use of a
  • fluorinated sulfonimide metal salt Preferably, the fluorinated sulfonimide metal salt described above is used.
  • the fluorinated sulfonimide metal salt is used as a p-type dopant to increase electrical conductivity in an organic layer of an organic electronic material Component used.
  • the organic electronic component is the one above
  • Electrical conductivity is understood here and below to mean the ability of the fluorinated sulfonimide metal salt as dopant in a matrix material to conduct electrical current.
  • electrical conductivity may also mean that the ability of the fluorinated sulfonimide metal salt to conduct electricity.
  • the conductivity for example, with a Keithley
  • the Keithley Source Meter is a combination of voltage source and meter that can be used to apply a voltage and then measure the current. The voltage can then be from e.g. -5 volts to +5 volts, whereby the current-voltage characteristics shown in the following figures are obtained. From these figures, the conductivities can be determined or statements about the conductivity mechanism can be made.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a
  • Figure 2 shows a schematic side view of a
  • FIGS. 3A to 3F show schematic side views of FIG.
  • FIG. 4 shows the attachment of a fluorinated sulfonimide metal salt to a matrix material according to an embodiment
  • FIG. 5 shows a fluorinated sulfonimide metal salt in accordance with FIG
  • Figure 12 shows physical data measured data according to several embodiments and a
  • FIG. 1 shows an organic electronic component, in particular an organic light-emitting diode 100, according to an embodiment.
  • the organic light-emitting diode 100 comprises a substrate 1, for example made of glass. Above the substrate 1, an anode 2 is arranged, which
  • indium tin oxide for example, indium tin oxide or another
  • transparent conductive oxide Transparent Conductive Oxide, TCO
  • TCO Transparent Conductive Oxide
  • Hole transporting layer 4 as organic layer has in particular a matrix material, for example HTM, and a fluorinated sulfonimide metal salt as p-dopant according to formula 1.
  • the p-type dopant is in particular 15
  • the hole-transporting layer 4 has a layer thickness of approximately 200 nm.
  • a hole blocking layer 6 Above the light emitting layer 5 is a hole blocking layer 6, a
  • the light emitting layer 5 may be an electron and / or hole transporting material and one or more phosphorescent or
  • the electron-transporting layer 7 is formed from 2- (4-bivinyl) -5- (4-tert-butylvinyl) -1,3,4-oxadiazole with an n-type dopant such as NDN-1 or calcium.
  • Electronically injecting layer 8 may consist of 2, 9-dimethyl-4, 7 Divinyl-1, 10-phenanthrone (BCP) or lithium fluoride (LiF) may be formed.
  • the hole-injecting layer 3 may be formed of champhersulfonic acid-doped doped poly (3,4-ethylenedioxytiophene).
  • an electron-blocking layer may be arranged (not shown here).
  • Materials for the electron-blocking layer are known to the person skilled in the art, for example bis (2-methyl-8-quinolinolate) -4-
  • FIG. 2 shows an organic electronic component according to an embodiment.
  • Figure 2 is a
  • Embodiment of an organic solar cell with PIN structure 20 shown which converts light 21 into electricity.
  • the solar cell 20 comprises or consists of an anode of indium tin oxide 22, hole transporting layer 23, an absorption layer 24, a doped one
  • the hole transporting layer 23 consists of a
  • Matrix material NPB N, N'-bis (naphthalen-l-yl) -N, N'-bis (phenyl) benzidine
  • the fluorinated sulfonimide metal salt has a layer thickness of 150 nm.
  • the p-type dopant is present at 15% by volume, based on the volume of the matrix material. The materials for the others
  • Charge separation In charge separation, an exciton, that is an electron-hole pair, forms. These unequally charged charges must now be separated. This is especially possible when the electron is taken up by a strong acceptor and / or the hole is taken up by a strong donor.
  • a strong acceptor may be the hole-transporting layer doped with the dopant according to the invention.
  • the hole transporting layer 23 with the fluorinated sulfonimide metal salt according to the invention as p-type dopant also has a positive effect on the
  • FIGS. 3A to 3F Exemplary embodiments of organic field-effect transistors 30 are shown in FIGS. 3A to 3F.
  • a gate electrode 32, a gate dielectric 33, a source and drain contact 34 and 35, and an organic semiconductor layer 36 are deposited.
  • hatched areas 37 show the hole-transporting layer and thus the locations where the matrix material of the organic semiconductor layer 36 is doped with the p-type dopant.
  • the doping serves in particular for better charge carrier injection and extraction at the contacts.
  • FIG. 4 shows the formation of a positive charge and its delocalization using the example of the matrix material NPD as hole transport material and the example of the fluorinated sulfonimide metal salt Zn (TFSI) m as p-dopant.
  • TFSI Sulfonimide anions
  • m Sulfonimide anions
  • the hole can be transferred from one to the next NPD molecule by the so-called hopping mechanism.
  • a conductivity path is advantageous, but not absolutely necessary due to the possible hopping mechanism.
  • the coordination number of zinc may change during charge transfer, for example, by releasing a TFSI ligand.
  • Hole transporter as matrix material can also bind via a p-bond to the metal of the fluorinated sulfonimide metal salt.
  • the zinc complex as a p-type dopant serves only as an example and is not intended to be limiting.
  • the mechanism can also be transferred to other fluorinated sulfonimide metal salts. From Figure 4 it can be seen that the
  • fluorinated sulfonimide metal salt coordinates or binds to the matrix material, thereby transferring a positive charge to the matrix material.
  • the fluorinated sulfonimide metal salt can cleave again, leaving the positive charge localized on the matrix material.
  • the lower right and left structural formulas of Figure 4 show a mesomerized stabilization of the positively charged one
  • Matrix molecule freely movable and can by the so-called hopping mechanism on the next matrix molecule
  • the matrix material, in this case the hole transport material NPD, can also bind to M of the metal salt via a ⁇ bond.
  • Figure 5 shows the spatial arrangement of a fluorinated sulfonimide metal salt according to one embodiment. It is zinc di [bis (trifluoromethylsulfonyl) imide] (CAS number: 168106- 25-0) shown. The coordination possibilities of the sulfonimide anion to the metal zinc are shown.
  • Oxygen atom In this example, four sulfonimide ligands bind to only one zinc (II) center. This would lead to a double negative charge. However, the singly bound sulfonimide ligands can bind to another zinc center, resulting in the sum of a kind of coordination polymer of the formula [Zn (TFSI) 2] n . In the layer of this polymer is completely or partially split by the organic semiconductor. This is simplified in this application as Zn (TFSI) 2 reproduced.
  • a bond of N or S of the sulfonimide to the metal is conceivable. Due to the large number of metals in the periodic table a high structural diversity is given. The choice of metal with its charge also influences the number of singly negatively charged sulfonimide anions.
  • TFSI anion especially the TFSI anion, the sublimation temperature, the solubility and doping strength.
  • these parameters are adjustable within wide limits and can be to the desired
  • Processing type for example, the liquid processing, or the vacuum deposition and to various
  • the fluorinated sulfonimide metal salts are characterized by a high thermal stability and stand in particular the vacuum processing available.
  • FIG. 5 shows the coordination of the perfluoroalkylsulfonimides to the metal, for example zinc.
  • the sulfonimides can be chelated via two oxygen atoms to the central atom copper
  • FIG. 6 shows a current-voltage characteristic according to several embodiments and comparative examples.
  • the current density I in mA / cm.sup.-3 is shown as a function of the voltage U in V.
  • the fluorinated sulfonimide metal salt serves as the p-type dopant and the matrix material is HTM014.
  • the matrix material has a content of 85% by volume.
  • the curve X-l shows the current-voltage characteristic of the
  • Curve 6-1 copper di [bis (trifluoromethylsulfonyl) imide]
  • Curve 6-2 potassium [bis (trifluoromethylsulfonyl) imide] K (TFSI), curve 6-3: zinc di [bis (trifluoromethylsulfonyl) imide]
  • Curve 6-4 Magnesium [bis (trifluoromethylsulfonyl) imide]
  • Curves 6-6 sodium [bis (trifluoromethylsulfonyl) imide]
  • Cu (TFSI) 2 As a dopant, the hole injection becomes largely independent of the work function of the metal or semiconductor electrode, such as aluminum or ITO. Cu (TFSI) 2 has an exceptionally strong doping effect due to the strong
  • Matrix materials doped with strong dopants such as Cu (TFSI) 2.
  • such matrix materials can be used exclusively with extremely strong dopants, such as
  • the organic layer may be as
  • the organic layer formed as a hole injection layer consists of Cu (TFSI) 2.
  • Hole transport material HTM-014 will get a nearly symmetrical characteristic with a very strong increase in current density at very low voltages. This indicates an efficient charge carrier injection from both electrodes and thus a very strong doping effect.
  • the characteristics of Na (TFSI) and Li (TFSI) are listed. With these lighter elements with an atomic mass of ⁇ 39 g / mol, no efficient doping is achieved.
  • the fluorinated sulfonimide metal salts have a PKs value of greater than zero. This is not about
  • Atomic mass of> 26 g / mol are suitable as a p-type dopant.
  • Monovalent metals are less Lewis acidic and thus only suitable as a p-type dopant at an atomic mass> 39 g / mol.
  • With atomic mass also increases the ordinal number and hence the number of protons in the atomic nucleus. The higher the number of protons, the easier it is for an atom to pick up an additional electron. Therefore, only metal salts are suitable from a certain sufficiently high atomic mass.
  • the solid was sublimed under high vacuum.
  • the initial weight is 800 mg, the weight 156 mg.
  • the temperature is 174 to 178 ° C at a pressure of about 5 x 10 -4 mbar.
  • the product was obtained as a white amorphous solid.
  • the first sublimation was carried out with a weight of 580 mg and a weight of 331 mg at a temperature of 115 to 145 ° C. The product was obtained as a white amorphous solid.
  • the second sublimation was carried out at a weight of 331 mg and a weight of 266 mg at a temperature of 115 to 145 ° C. The product was obtained as a white amorphous solid.
  • the first distillation was carried out at a
  • the white Li (TFSI) is liquid at 225 to 230 ° C and distilled at 250 to 270 ° C as a white amorphous solid.
  • the second distillation was carried out with a weight of 0.92 g and a weight of 0.40 g and a temperature of 250 to 270 ° C.
  • the product is obtained as a white amorphous solid.
  • the first distillation was carried out at a
  • K (TFSI) (CAS: 90076-67-8) is commercially available from Sigma-Aldrich. The solid was distilled twice in a high vacuum in a Kugelrohr. The first distillation was carried out at a weight of 482 mg and a weight of 366 mg. The white K (TFSI) is liquid at 205 ° C and distilled at 270 to 290 ° C. The second distillation was carried out at a A weight of 366 mg and a weight of 241 mg at a temperature of 270 to 285 ° C.
  • the component has a substrate 1 made of glass.
  • the substrate 1 is an anode 2 of ITO (indium tin oxide)
  • the anode 2 is followed by an organic layer 3 comprising a matrix material of HTM-014.
  • the organic layer 3 has a layer thickness of approximately 200 nm.
  • the organic layer 3 is a cathode 9 made
  • FIGS. 7 to 9 show the current-voltage characteristics of this corresponding reference component as a solid characteristic x-1.
  • FIG. 7 shows the current-voltage characteristic
  • Embodiment 7-1 (dashed line). It is the
  • the organic electronic component is a majoryladunslic component. In order to demonstrate the doping effect in this component, it has glass as the substrate 1, as the anode 2 ITO, a 200 nm thick organic layer 3 of a matrix material HTM-014 doped with 15% by volume Zn (TFSI) 2 and a cathode 9 made of aluminum. Two components with 15 pixels each and a pixel area of 4 mm were produced.
  • Majority load carrier component constructed with the following architecture:
  • Pixel surface made of 4 mm ⁇ .
  • FIG. 8 shows the dashed line 8-1
  • FIG. 9 shows the current-voltage characteristic of one
  • Trifluoromethylsulfonimid is less efficient and has almost no effect on the current-voltage characteristic.
  • Lithium trifluoromethylsulfonimide this dopant is excluded according to the invention.
  • FIGS. 10 and 11 respectively show current-voltage characteristics according to several embodiments. Analogous to FIGS. 6 to
  • Curve 10-2 5%, in curve 10-3 10% and in curve 10-4 15%.
  • the percentages in particular mean% by volume. It can be seen from FIG. 10 that Cu (TFSI) 2 exhibits a strong doping effect at these concentrations and thus acts as a strong dopant.
  • An optimum is at a doping concentration ⁇ 5 "6 with a tolerance of 3 ⁇ 6, 2 ⁇ 6, 1%, 0.5%, 0.3% or 0.1%, preferably exactly 5%,
  • FIG. 11 shows current-voltage characteristics
  • Maiority charge carrier devices in which Cu (TFSI) 2 in present in different concentrations between 3% and 15% doped in the matrix material HTM-081.
  • Cu (TFSI) 2 also acts as a strong dopant in this matrix material at all concentrations. The strongest doping is expected at a concentration between 3 and 10%.
  • the organic electronic component is an OLED:
  • the emission layer can be layers with organic
  • a hole transport layer and / or hole injection layer may be present in the OLED in order to allow effective hole injection and / or transport into at least the one emission layer.
  • Polystyrenesulfonic doped Polyethylenendioxythiophen prove to be advantageous. It can continue to provide additional
  • Electron injection layers electron transport layers, hole blocking layers and electron blocking layers.
  • materials already known to the person skilled in the art can be selected.
  • FIG. 12 shows the physical parameters of
  • Cu (TFSI) 2 can not only be used as p-dopant in
  • the hole injection layer consists of Cu (TFSI) 2 - existence in this context means the main constituent of the hole injection layer is Cu (TFSI) 2 and only impurities in the ppm range are present.
  • the organic layer is not prepared by codoping the corresponding materials. Instead, Cu (TFSI) 2 is applied at a concentration of nearly 100% or exactly 100% without additives. The application can be carried out wet-chemically or by evaporation in vacuo.
  • the metal cation preferably Cu 2+
  • the metal cation can also be combined with any of the abovementioned anions.
  • the anion may have the following structural formula.
  • R ] _ and R2 can from the
  • fluoro-substituted aryl radical fluoro-substituted alkyl radical
  • fluoro-substituted arylalkyl radical fluoro-substituted arylalkyl radical
  • Embodiments and their features can also be combined with each other according to further embodiments, even if such combinations are not explicitly shown in the figures.
  • embodiments described additional or alternative features as described in the general part.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, the invention encompasses every new feature as well as every combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or combination itself is not explicitly described in the claims

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein organisches elektronisches Bauelement (10) umfassend zumindest eine organische Schicht (3), die ein fluoriertes Sulfonimid-Metallsalz der folgenden Formel 1 aufweist: (1) - wobei M entweder ein zweiwertiges oder höherwertiges Metall mit einer Atommasse von größer 26 g/mol oder ein einwertiges Metall mit einer Atommasse von größer oder gleich 39 g/mol ist, - wobei 1 ≤ n ≤ 7 ist, und - wobei R1, R2 unabhängig voneinander und aus einer Gruppe ausgewählt sind, die einen fluorsubstituierten Arylrest, einen fluorsubstituierten Alkylrest und einen fluorsubstituierten Arylalkylrest umfasst.

Description

Beschreibung
Organisches elektronisches Bauelement und Verwendung eines fluorierten Sulfonimid-Metallsalzes
Die Erfindung betrifft ein organisches elektronisches
Bauelement. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines fluorierten Sulfonimid-Metallsalzes . In organischen elektronischen Bauelementen, wie
beispielsweise organischen Transistoren, organischen
lichtemittierenden Dioden, organischen lichtemittierenden elektrochemischen Zellen, organischen Solarzellen und
organischen Fotodetektoren, werden sogenannte
ladungstransportierende Schichten benötigt, um einen stabilen Ladungstransport zu gewährleisten. In lichtemeittierenden Dioden kann die beschriebene Schicht sowohl als
Transportschicht als auch in einer Charge Generation Layer Verwendung finden. Dabei kommen sowohl Lochtransportschichten als auch Elektronentransportschichten zum Einsatz. Um die Effizienz der Bauelemente zu erhöhen, werden die in den ladungstransportierenden Schichten eingesetzten
Matrixmaterialien häufig zusätzlich mit weiteren Verbindungen dotiert, sogenannte Dotierstoffe, die den Ladungstransport verbessern. So werden Lochtransportschichten häufig mit
Metallen, Metallkomplexen oder Metallsalzen als sogenannte p- Dotierstoffe versetzt. Insbesondere bei organischen
lichtemittierenden Dioden hängt die Lumineszenz, die
Effizienz und die Lebensdauer sehr stark von der
Exzitonendichte (Elektrodenlochpaardichte) in der
lichtemittierenden Schicht ab, sodass ein effizienter
Elektronen- und Lochtransport von den Elektroden in die lichtemittierende Schicht benötigt wird. Insbesondere im Fall von großen Flächenlichtleitern ist die Lochtransportschicht sehr wichtig für die Effizienzausbeute. Der Spannungsabfall über die Transportschichten sollte daher minimiert sein, um eine hohe Effizienz des organischen elektronischen
Bauelements zu erhalten. LiTFSI wird bisher in Solarzellen verwendet .
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein effizientes
organisches elektronisches Bauelement anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Verwendung eines
fluorierten Sulfonimid-Metallsalzes als p-Dotierstoff zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch ein organisches elektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner werden diese Aufgaben durch die Verwendung eines fluorierten Sulfonimid-Metallsalzes nach dem unabhängigen Anspruch 17 gelöst.
In zumindest einer Ausführungsform umfasst das organische elektronische Bauelement zumindest eine organische Schicht. Die organische Schicht weist ein fluoriertes Sulfonimid- Metallsalz auf. Das fluorierte Sulfonimid-Metallsalz ist zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit eingerichtet. Das fluorierte Sulfonimid-Metallsalz weist folgende
Strukturformel 1 auf:
Figure imgf000004_0001
(1) Dabei ist M entweder ein zweiwertiges oder höherwertiges Metall mit einer Atommasse von größer 26 g/mol oder ein einwertiges Metall mit einer Atommasse von größer oder gleich 39 g/mol. Dabei gibt n die Wertigkeit von M an und es gilt: 1 < n < 7. Ri und R2 können unabhängig voneinander ausgewählt sein. Ri und R2 können aus der folgenden Gruppe oder
Kombinationen daraus ausgewählt sein: einem
fluorsubstituierten Arylrest, einem fluorsubstituierten
Alkylrest, einem fluorsubstituierten Arylalkylrest.
Mit anderen Worten weist die organische Schicht ein
fluoriertes Sulfonimid-Metallsalz, also ein Metallkation und ein oder mehrere Sulfonimid-Anionen, auf. Das Sulfonimid- Anion ist einfach negativ geladen. Das Metallkation ist n- fach positiv geladen und benötigt entsprechend n fluorierte Sulfonimid-Anionen um ein neutrales Metallsalz zu bilden. Insbesondere weist n einen Wert von einschließlich 1 bis einschließlich 4, besonders bevorzugt von einschließlich 1 bis einschließlich 2, auf. Höherwertige Metallkationen können insbeondere eine bessere Dotierwirkung aufweisen, weil der Lewis-saure Charakter besser ausgeprägt ist. Eher unerwünscht sind insbesondere oxidierende Kationen, wie Fe3+. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist M ausgewählt aus einer Gruppe: Kupfer, Zink, Aluminium, Bismut, Kalium,
Rubidium, Cäsium und Zinn. Alternativ oder zusätzlich können die Reste Ri und/oder R2 jeweils ein Trifluormethan sein.
Damit können fluorierte Sulfonimid-Metallsalze, also
insbesondere Trifluormethansulfonimid-Metallsalze (TFSI), erzeugt werden, wie zum Beispiel Sn(TFSI)4, Zn(TFSI)2/
Cu(TFSI)2 und K(TFSI). Diese Metallsalze sind kommerziell erhältlich und dabei besonders leicht zugänglich. Die Erfinder haben erkannt, dass diese kommerziell erhältlichen Metallsalze elektrische Eigenschaften von organischen
Matrixmaterialien, insbesondere organischen Lochleitern, verbessern können, wenn die Matrixmaterialien mit den
Metallsalzen dotiert werden.
Vorzugsweise ist M = Kupfer. Zusätzlich kann n = 2 sein.
Die erfindungsgemäßen fluorierten Sulfonimid-Metallsalze zählen nicht zu den Supersäuren, da die Sulfonimid-
Metallsalze einen Säurekonstantwert Pkg > 0 aufweisen.
Supersäuren weisen insbesondere einen Pkg-Wert von < 0 auf.
Ein entscheidender Vorteil im Vergleich zu Supersäuren besteht darin, dass die fluorierten Sulfonimid-Metallsalze unzersetzt verdampfbar sind und somit durch Sublimation in der benötigten hohen Reinheit zur Verfügung gestellt und im Vakuumprozess eingesetzt werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Reste Ri und R2 unabhängig voneinander und aus der folgenden Gruppe ausgewählt: einem linearen oder verzweigten, zumindest teilweise fluorsubstituierten Alkylrest mit 1 bis 10
Kohlenstoffatom, einem zumindest teilweise
fluorsubstituierten Arylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatom oder einem zumindest teilweise fluorsubstituierten
Arylalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatom. Alternativ können die eben beschriebenen Alkylreste, Arylreste und
Arylalkylreste auch vollständig mit Fluor substituiert sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind Ri und R2 die gleichen Substituenten und aus der folgenden Gruppe
ausgewählt :
Figure imgf000007_0001
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Sulfonimid- Anion aus folgender Gruppe ausgewählt:
Figure imgf000007_0002
Dabei sollen die eben dargestellten Formeln für das
Sulfonimid-Anion nur exemplarisch sein und zur
Veranschaulichung dienen. Diese Sulfonimid-Anionen sollen dabei nicht den Rahmen der Erfindung einschränken. Im Rahmen der Erfindung können mehrere gleiche oder auch verschiedene fluorierte Sulfonimid-Anionen an ein Metallzentrum Mn+ gebunden sein. Auch die Koordination einzelner Sulfonimid- Anionen kann dabei verschieden sein. So kann ein Anion zum Beispiel nur einfach über Sauerstoff an das Metall gebunden sein. Alternativ kann die Anbindung auch zweifach über verschiedene Sauerstoffatome erfolgen. Auch die Anbindung über einen Stickstoff oder Schwefel des fluorierten
Sulfonimid-Anions ist denkbar. Dabei kann das Metallsalz eine ionische Bindung und/oder eine Komplexverbindung bilden.
Beispielsweise kann die Koordination des Sulfonimid-Anions über zwei Sauerstoffatome an das Metall erfolgen. Dies kann auch als Chelatisierung bezeichnet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist M aus der Gruppe der zwei- oder höherwertigen Metalle mit einer Atommasse von größer 26 g/mol ausgewählt. Die positive Ladung am Metall kann insbesondere einen Wert zwischen einschließlich 2 bis einschließlich 7 annehmen und wird insbesondere durch n einfach negativ geladene perfluorierte Sulfonimid-Anionen kompensiert. Bevorzugt nimmt n einen Wert zwischen
einschließlich 2 und einschließlich 4 an. Besonders bevorzugt ist n gleich 2. Die Reste Ri und R2 sind dabei insbesondere ein linearer oder verzweigter teilweise oder vollständiger fluorierter Alkylsubstituent mit 1 bis 10 Kohlenstoffatom, ein teilweise oder vollständig fluorierter Arylsubstituent mit 1 bis 20 Kohlenstoffatom oder ein teilweise oder
vollständig fluorierter Arylalkylsubstituent mit 1 bis 20 Kohlenstoffatom.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist M aus der Gruppe der einwertigen Metalle mit einer Atommasse ^ 39 g/mol ausgewählt. Die positive Ladung am Metall nimmt insbesondere einen Wert 1 an und wird insbesondere durch ein einfach negativ geladenes perfluoriertes Sulfonimid-Anion
kompensiert. Die Reste Ri und R2 sind insbesondere aus einer Gruppe ausgewählt, die einen linearen oder verzweigten teilweise oder vollständig fluorierten Alkylsubstituenten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, einen teilweise oder vollständig fluorierten Arylsubstituenten mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und einen teilweise oder vollständig fluorierten
Alkylarylsubstituenten mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen
umfasst .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die organische Schicht als Lochinjektionsschicht und/oder
Lochtransportschicht ausgeformt. Zusätzlich kann die
Lochinjektionsschicht und/oder Lochtransportschicht aus dem fluorierten Sulfonimid-Metallsalz bestehen bzw. dieses enthalten. Mit anderen Worten ist die Hauptaufgabe der organischen Schicht, Löcher - auch Defektelektronen oder positive Ladungsträger genannt - zu injizieren und/oder zu transportieren .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die organische Schicht lochtransportierend, ihre Hauptaufgabe ist also, Löcher zu transportieren und das fluorierte Sulfonimid- Metallsalz ist als p-Dotierstoff ausgeformt. Zusätzlich weist die organische Schicht ein Matrixmaterial auf, wobei der p- Dotierstoff zumindest teilweise oder vollständig als
Elektronenakzeptor in Bezug auf das Matrixmaterial wirkt. Es bildet sich insbeondere eine koordinative Bindung mit
bindendem und antibindendem Orbital aus.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst oder bedeutet die Bezeichnung p-Dotierstoff insbesondere Materialien, die hinsichtlich des Matrixmaterials zumindest teilweise oder vollständig eine Lewis-Azidität aufweisen oder als Lewis- Säure wirken und/oder in der Lage sind, Bindungen, insbesondere kovalente, ionische oder koordinative Bindungen, mit dem Matrixmaterial auszubilden, in denen diese
Materialien (wenn auch nur formal) Lewis-Acid wirken. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Matrixmaterial ein Lochtransportmaterial. Mit anderen Worten ist die
organische Schicht dann eine lochtransportierende Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Matrixmaterial aus einer Gruppe ausgewählt ist, die HTM014, HTM081, HTM163, HTM222, NHT5, NHT49, NHT51, EL-301, HTM226, HTM355, HTM133, HTM334, HTM604 und EL-22T umfasst. Die Abkürzungen bezeichnen Herstellernamen z.B. der Firmen Merck oder Novaled. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
lochtransportierende Schicht eine Schichtdicke zwischen 1 nm und 1000 nm, bevorzugt zwischen 30 nm und 300 nm,
beispielsweise 200 nm, auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der p-Dotierstoff einen Anteil zwischen einschließlich 1 Vol.-% oder 5 Vol-% und einschließlich 50 Vol.-%, insbesondere zwischen
einschließlich 1 Vol.-% und einschließlich 30 Vol.-%,
besonders bevorzugt zwischen einschließlich 2 Vol.-% und einschließlich 20 Vol.-% in der organischen Schicht auf.
Der Dotierungsgrad kann an den für das Bauelement benötigten Ladungstransport angepasst werden. Bei den Bauelementen, insbesondere bei organischen lichtemittierenden Dioden, ist ein ausbalancierter Ladungstransport wichtig, das heißt es muss ein Gleichgewicht zwischen Elektronen und Löchern vorliegen. Zur Erzeugung von Licht in einer
lichtemittierenden Schicht einer organischen lichtemittierenden Diode ist beispielsweise ein Exziton, gebildet aus einem Loch und einem Elektron, für die Emission von Licht notwendig, so dass möglichst gleich viele
Elektronen und Löcher in der lichtemittierenden Schicht vorhanden sein sollten, um ein effizientes Bauelement zu erhalten. Auch die Lebenszeit des Bauelements kann durch eine gute Ladungsbalance verbessert werden, da überschüssige
Ladungsträger (zum Beispiel Löcher oder Radikale) zur
Degradation, beispielsweise durch Oxidation, der Materialien führen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die organische Schicht eine Ladungsträgererzeugungsschicht (charge
generation layer) . Insbeondere ist das organische
elektronische Bauelement als tandem-OLED ausgeformt, weist also mindestens zwei organische lichtemittierende Schichten auf, die durch die Ladungsträgererzeugungsschicht voneinander separiert sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die organische Schicht mittels physikalischer Dampfabscheidung durch
Koabscheidung des Matrixmaterials und des p-Dotierstoffes erzeugt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die organische Schicht mittels nasschemischen Verfahrens erzeugt.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Matrixmaterial und der p-Dotierstoff sowohl in der Gasphase als auch der
Flüssigphase, also einem nasschemischen Prozess, verarbeitet werden. Bei der Gasphasenabscheidung werden sowohl der p- Dotierstoff als auch das Matrixmaterial gemeinsam, bevorzugt aus unterschiedlichen Quellen im Hochvakuum, verdampft und als Schicht abgeschieden. Bei der Verarbeitung aus der
Flüssigphase werden der p-Dotierstoff und das Matrixmaterial in einem Lösungsmittel gelöst und mittels Drucktechniken, Spincoating, Rakeln, Slotcoating et cetera abgeschieden. Die fertige Schicht wird durch Verdampfen des Lösungsmittels erhalten. Dabei lassen sich durch die unterschiedlichen Massenverhältnisse von p-Dotierstoff zum Matrixmaterial beliebige Dotierungsverhältnisse einstellen. Es sind alle Matrixmaterialien möglich, die aus der Gasphase abgeschieden werden können. Bevorzugt lassen sich mittels eines Lösemittelprozesses oder nasschemischen Prozesses folgende Matrixmaterialien verarbeiten:
Figure imgf000012_0001
PEDOT= Poly(3,4-
PVK=
ethylendioxythiophen)
Poly(9-vinylcarbazol)
CAS: 126213-51-2
CAS: 25067-59-8
Figure imgf000012_0002
PTPD=
PANI= Poly ( , ' -bis (4-butylphenyi; Polyanilin
N, ' -bis (phenyl ) benzidin CAS: 25233-30-1
Figure imgf000013_0001
P3HT=
Poly ( 3-hexylthiophen)
CAS: 104934-50-1
Des Weiteren können sich mittels eines Lösemittelprozesses besonders bevorzugt Matrixmaterialien verarbeiten lassen, welche als "small molecules" bezeichnet werden. Diese
Substanzklasse ist dem Fachmann bekannt und darunter fallen zum Beispiel Spiro-TAD (2 , 2 ' , 7 , 7 ' -Tetrakis- (N, N- diphenylamino) -9, 9 ' -spirobifluoren) und Spiro-TTB (2,2 ',7,7'- Tetrakis- (Ν,Ν' -di-p-methylphenylamino) -9, 9'-spirobifluoren und weitere Materialien, wie sie in dieser Anmeldung als Matrixmaterialien aufgeführt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Matrixmaterial des organischen elektronischen Bauelements eines oder mehrere der folgenden Materialien, die
beispielsweise in einer lochtransportierenden Schicht
Verwendung finden können:
N, ' -Bis (naphthalen-l-yl) -N, ' -bis (phenyl) -9, 9-dimethyl- fluoren,
N, ' -Bis (3-methylphenyl) -N, ' -bis (phenyl) -9, 9-dimethyl- fluoren,
N, ' -Bis (naphthalen-l-yl) -N, ' -bis (phenyl) -9, 9-dimethyl- fluoren, Ν,Ν' -Bis (naphthalen-l-yl) -Ν,Ν' -bis (phenyl) -2,2- dimethylbenzidin,
N, ' -Bis (3-methylphenyl) -N, ' -bis (phenyl) -9, 9-spirobifluoren, 2, 2 ' , 7, 7 ' -Tetrakis (N, -diphenylamino) -9,9' -spirobifluoren, N, ' -Bis (naphthalen-l-yl) -N, ' -bis (phenyl) -benzidin,
N, ' -Bis (naphthalen-2-yl) -N, ' -bis (phenyl) -benzidin,
N, ' -Bis (3-methylphenyl) -N, ' -bis (phenyl) -benzidin,
Ν,Ν' -Bis (3-methylphenyl) -Ν,Ν' -bis (phenyl) -9, 9-dimethyl- fluoren,
Ν,Ν' -Bis (naphthalen-l-yl) -Ν,Ν' -bis (phenyl) -9,9- spirobifluoren,
Di- [4- (N, -ditolyl-amino) -phenyl] cyclohexan,
2, 2 ' , 7, 7 ' -tetra (N, -di-tolyl ) amino-spiro-bifluoren,
9, 9-Bis [4- (N, -bis-biphenyl-4-yl-amino) phenyl ] -9H-fluoren, 2, 2 ' , 7, 7 ' -Tetrakis (N, -naphthalenyl (phenyl) -amino] -9, 9 ' - spirobifluoren,
2, 7 -Bis (N,N-bis (9, 9-spiro-bifluorene-2-yl) -amino] -9, 9 ' - spirobifluoren,
2, 2 ' -Bis (N,N-bis (biphenyl-4-yl) amino] -9,9' -spirobifluoren, N, ' -bis (phenanthren-9-yl) -N, ' -bis (phenyl) -benzidin,
N, N, ' , ' -tetra-naphthalen-2-yl ) -benzidin,
2 , 2 ' -Bis (N, -di-phenyl-amino ) -9, 9-spirobifluoren,
9, 9-Bis [4- (N, N-bis-naphthalen-2-yl-amino) phenyl ] -9H-fluoren, 9, 9-Bis [4- (Ν,Ν' -bis-naphthalen-2-yl-N, ' -bis-phenyl-amino) - phenyl ]- 9H-fluoren,
Titanoxidphthalocyanin,
Kupferphthalocyanin,
2,3,5,6 Tetrafluoro 7,7,8,8, tetracyano-quinodimethan,
4, 4 ' , 4 ' ' -Tris (Ν-3-methylphenyl-N-phenyl-amino) triphenylamin, 4, 4 ' , 4 ' ' -Tris (N- (2-naphthyl) -N-phenyl-amino) triphenylamin, 4, 4 ' , 4 ' ' -Tris (N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino) triphenylamin, 4,4',4''-Tris(N, N-diphenyl-amino) triphenylamin,
Pyrazino[2,3-f] [1,10] phenanthroline-2 , 3-dicarbonitril, Ν,Ν,Ν' ,Ν'-Tetrakis (4-methoxyphenyl) benzidin .
Die möglichen Matrixmaterialien sind aber nicht auf die genannten Materialien beschränkt. Auch andere Materialien, wie etwa die kommerziell erhältlichen Matrixmaterialien der Firmen Merck, Novaled, Lumtec, Sensient, und Hodogaya mit den Produktbezeichnungen HTM014, HTM081, HTM163, HTM222, NHT5, NHT49, NHT51, EL-301, EL-22T, sind besonders gut geeignet. Aber auch vergleichbare kommerziell erhältliche Materialien können zum Einsatz kommen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bauelement eine lochinjizierende Schicht. Die lochinjizierende Schicht kann den p-Dotierstoff oder den p-Dotierstoff und das
Matrixmaterial umfassen. Als Matrixmaterialien können die genannten Matrixmaterialien für eine lochtransportierende und elektronenblockierende Schicht verwendet werden.
In einer Ausführungsform beträgt in der lochinjizierenden Schicht der Dotierungsgrad in Volumenprozent des p-
Dotierstoffs bezogen auf das Volumen des Matrixmaterials zwischen 70 Vol.-% und 100 Vol.-%.
In einer Ausführungsform besteht die lochinjizierende Schicht aus dem p-Dotierstoff .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das organische elektronische Bauelement aus einer Gruppe ausgewählt, die organische Transistoren, organische lichtemittierende Dioden, organische lichtemittierende elektrochemische Zellen,
organische Solarzellen und organische Fotodetektoren umfasst. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem organischen Transistor um einen Feld-Effekt-Transistor oder einen
bipolaren Transistor. Bipolare Transistoren sind
beispielsweise in DE 10 2010 041 331 AI näher beschrieben.
In einer Ausführungsform ist das organische elektronische Bauelement eine organische lichtemittierende Diode.
In einer Ausführungsform ist das organische elektronische Bauelement eine organische lichtemittierende Leuchtdiode und die organische Schicht ist als Lochinjektionsschicht
ausgeformt und besteht aus dem fluorierten Sulfonimid- Metallsalz. Alternativ kann die Lochinjektionsschicht das fluorierte Sulfonimid-Metallsalz umfassen.
In einer Ausführungsform umfasst die organische
lichtemittierende Diode eine lichtemittierende Schicht.
In einer Ausführungsform bilden das Matrixmaterial und der p- Dotierstoff eine elektronenblockierende Schicht in dem organischen elektronischen Bauelement. Die
elektronenblockierende Schicht kann den p-Dotierstoff und das Matrixmaterial umfassen oder daraus bestehen. In einer Ausführungsform ist das Matrixmaterial einer
elektronenblockierenden Schicht zumindest teilweise
elektronenleitend .
Typische Matrixmaterialien einer elektronenblockierenden Schicht sind hierbei:
2, 2', 2' '-(1,3, 5-Benzinetriyl) -tris ( 1-phenyl-l-H- benzimidazol ) ,
2- (4-Biphenylyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1, 3, 4-oxadiazol, 2, 9-Dimethyl-4 , 7-diphenyl-l , 10-phenanthrolin,
8-Hydroxyquinolinolato-lithium,
4- (Naphthalen-l-yl) -3, 5-diphenyl-4H-l , 2, 4-triazol,
1, 3-Bis [2- (2, 2 ' -bipyridine-6-yl) -1, 3, 4-oxadiazo-5-yl ] benzen, 4, 7-Diphenyl-l , 10-phenanthrolin,
3- (4-Biphenylyl) -4-phenyl-5-tert-butylphenyl-l , 2, 4-triazol, Bis (2-methyl-8-quinolinolate) -4- (phenylphenolato) aluminium, 6,6'-Bis[5- (biphenyl-4-yl) -1,3, 4-oxadiazo-2-yl ] -2,2'- bipyridyl ,
2-phenyl-9, 10-di (naphthalene-2-yl) -anthracen,
2, 7-Bis [2 - (2, 2 ' -bipyridine-6-yl) -1, 3, 4-oxadiazo-5-yl ] -9,9- dimethylfluoren,
1, 3-Bis [2- (4-tert-butylphenyl) -1,3, 4-oxadiazo-5-yl ] benzen, 2- (naphthalen-2-yl) -4, 7-diphenyl-l, 10-phenanthrolin,
Tris(2,4, 6-trimethyl-3- (pyridin-3-yl ) phenyl) boran,
l-methyl-2- (4- (naphthalen-2-yl) phenyl) -lH-imidazo [4,5- f] [ 1 , 10 ] phenanthrolin .
Eine Blockierung und Begrenzung des Elektronenflusses ist beispielsweise für hoch effiziente organische
lichtemittierende Dioden von hoher Bedeutung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das organische elektronische Bauelement eine Kathode, eine Anode und eine lochtransportierende Schicht, die das Matrixmaterial und den p-Dotierstoff umfasst oder daraus besteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
lochtransportierende Schicht zwischen der Anode und der
Kathode angeordnet.
Dass eine Schicht "zwischen zwei anderen Schichten angeordnet ist", kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht unmittelbar in direktem mechanischem und/oder
elektrischem Kontakt zu einer der zwei anderen Schichten angeordnet ist. Alternantiv kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht in mittelbarem Kontakt zu einer der zwei anderen Schichten und in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zu anderen Schichten angeordnet ist. Dabei können bei mittelbarem Kontakt dann weitere Schichten zwischen der einen und zumindest einer der zwei anderen Schichten angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das organische elektronische Bauelement eine lichtemittierende Schicht. Die lichtemittierende Schicht ist dazu eingerichtet, in einem Betriebszustand einer organischen lichtemittierenden Diode Licht zu erzeugen bzw. Ladungsträger für ein gestapeltes Element bereitzustellen.
Als Materialien für die lichtemittierende Schicht eignen sich Materialien, die eine Strahlungsemission aufgrund von
Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen. Vorzugsweise werden als organische Materialien organische oder
organometallische Verbindungen, wie Derivate von Polyfluoren, Polythiophen und Polyphenylen, beispielsweise 2- oder 2,5- substituiertes Poly-p-phenylenvinylen) und/oder
Metallkomplexe, beispielsweise Iridium-Komplexe, wie blau phosphoreszierendes FIrPic (Bis (3, 5-difluoro-2- (2- pyridyl) phenyl- (2-carboxypyridyl) -iridium III), grün
phosphoreszierendes Ir (ppy) 3 (Tris (2-phenylpyridin) iridium
III) und/oder rot phosphoreszierendes Ru (dtb-bpy) 3*2 (PFß) (Tris [4, 4' -di-tert-butyl- (2,2')- bipyridin] ruthenium (III) komplex) , sowie blau fluoreszierendes DPAVBi (4, 4-Bis [4- (di-p-tolylamino) styryl] biphenyl) , grün fluoreszierendes PA ( 9, 10-Bis [N, N-di- (p-tolyl) - amino ] anthracen) und/oder rot fluoreszierendes DCM2 (4- Dicyanomethylen) -2-methyl-6-j ulolidyl- 9-enyl-4H-pyran) als nichtpolymere Emitter verwendet. Die organische
lichtemittierende Diode kann auch eine Mehrzahl von
lichtemittierenden Schichten aufweisen.
Die lochtransportierende Schicht ist in einer Ausführungsform zwischen der lichtemittierenden Schicht und der Anode
angeordnet. In einer CGL befindet sich diese, ggf. durch einen dünnen Separator getrennt in unmittelbarer Nähe einer elektronentransportierenden Schicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das organische elektronische Bauelement eine Kathode, eine Anode und eine lochinjizierende Schicht, die das Matrixmaterial und den p- Dotierstoff oder den p-Dotierstoff umfasst oder aus diesen Materialien besteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
lochinjizierende Schicht zwischen der Anode und der Kathode angeordnet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
lochinjizierende Schicht einen direkten mechanischen und/oder elektrischen Kontakt zur Anode auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
lochinjizierende Schicht zwischen der lichtemittierenden Schicht und der Anode angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das organische elektronische Bauelement eine Kathode, eine Anode und eine elektronenblockierende Schicht, die das Matrixmaterial und den p-Dotierstoff umfasst oder aus diesen Materialien
besteht . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
elektronenblockierende Schicht zwischen der Anode und der Kathode angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
elektronenblockierende Schicht zwischen der
lichtemittierenden Schicht und der Anode angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
elektronenblockierende Schicht einen direkten mechanischen und/oder elektrischen Kontakt zur lichtemittierenden Schicht auf .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bauelement eine Anode, eine lochinjizierende Schicht und eine
lochtransportierende Schicht. Die lochinjizierende Schicht ist zwischen der lochtransportierenden Schicht und der Anode angeordnet. Die lochtransportierende Schicht umfasst das Matrixmaterial und den p-Dotierstoff oder besteht daraus und/oder die lochinjizierende Schicht umfasst den p- Dotierstoff oder das Matrixmaterial und den p-Dotierstoff oder besteht daraus. Insbesondere besteht ein direkter mechanischer und/oder elektrischer Kontakt zwischen der Anode und der lochinjizierenden Schicht und zwischen der
lochinjizierenden Schicht und der lochtransportierenden
Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bauelement eine Anode, eine lochinjizierende Schicht, eine lochtransportierende Schicht und eine elektronenblockierende Schicht. Die lochinjizierende Schicht ist zwischen der lochtransportierenden Schicht und der Anode angeordnet. Die lochtransportierende Schicht umfasst das Matrixmaterial und den p-Dotierstoff oder besteht daraus und/oder die
elektronenblockierende Schicht umfasst das Matrixmaterial und den p-Dotierstoff oder besteht daraus und/oder die
lochinjizierende Schicht umfasst den p-Dotierstoff oder das Matrixmaterial und den p-Dotierstoff oder besteht daraus. Insbesondere besteht ein direkter mechanischer und/oder elektrischer Kontakt zwischen der Anode und der
lochinjizierenden Schicht, zwischen der lochinjizierenden Schicht und der lochtransportierenden Schicht und zwischen der lochtransportierenden Schicht und der
elektronenblockierenden Schicht. Ist eine lichtemittierende Schicht vorhanden, steht diese bevorzugt in direktem
mechanischem und/oder elektrischem Kontakt mit der
elektronenblockierenden Schicht. Die organische lichtemittierende Diode kann Schichten mit organischen Polymeren, organischen Oligomeren, organischen Monomeren, organischen kleinen, nicht-polymeren Molekülen ("small molecules") oder Kombinationen daraus aufweisen. Die organische lichtemittierende Diode kann beispielsweise neben den genannten Schichten elektroneninjizierende Schichten, elektronentransportierende Schichten und/oder
lochblockierende Schichten aufweisen. Materialien für diese Schichten sind dem Fachmann bekannt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die organische lichtemittierende Diode ein Substrat auf, auf dem die Anode und die Kathode aufgebracht sind. Das Substrat kann
beispielsweise eines oder mehrere Materialien in Form einer Schicht, einer Platte, einer Folie oder einem Laminat
aufweisen, die ausgewählt sind aus Glas, Quarz, Kunststoff, Metall, Siliziumwafer . In einer Ausführungsform ist die Anode über dem Substrat angeordnet und steht bevorzugt mit diesem in direktem
mechanischem Kontakt.
Über der Anode und der Kathode, bevorzugt über der Kathode, kann eine Verkapselungsanordnung angeordnet sein, die die
Elektroden und die weiteren Schichten vor schädlichen äußeren
Einflüssen wie etwa Feuchtigkeit, Sauerstoff,
Schwefelwasserstoff oder anderen Stoffen schützen kann.
Bevorzugt steht die Verkapselungsanordnung in direktem mechanischem Kontakt mit der Kathode.
Im Hinblick auf den prinzipiellen Aufbau einer organischen lichtemittierenden Diode, dabei beispielsweise im Hinblick auf den Aufbau, die SchichtZusammensetzung und die
Materialien des Substrats, der Anode und der Kathode und der Verkapselungsanordnung, wird auf die Druckschrift
WO 2010/066245 AI verwiesen, die insbesondere in Bezug auf den Aufbau, die SchichtZusammensetzung und die Materialien des Substrats, der Anode und der Kathode und der
Verkapselungsanordnung hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines
fluorierten Sulfonimid-Metallsalzes . Vorzugsweise wird das oben beschriebene fluorierte Sulfonimid-Metallsalz verwendet. Insbesondere wird das fluorierte Sulfonimid-Metallsalz als p- Dotierstoff zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit in einer organischen Schicht eines organischen elektronischen Bauelements verwendet. Insbesondere handelt es sich bei dem organischen elektronischen Bauelement um das oben
beschriebene Bauelement. Dabei gelten alle gemachten
Ausführungen und Definitionen für das organische
elektronische Bauelement auch für die Verwendung eines fluorierten Sulfonimid-Metallsalzes und umgekehrt.
Unter elektrischer Leitfähigkeit wird hier und im Folgenden die Fähigkeit des fluorierten Sulfonimid-Metallsalzes als Dotierstoff in einem Matrixmaterial verstanden, elektrischen Strom zu leiten. In Bezug auf die Lochinjektionsschicht, die aus dem fluorierten Sulfonimid-Metallsalz besteht, kann elektrische Leitfähigkeit auch bedeuten, die Fähigkeit des fluorierten Sulfonimid-Metallsalzes Strom zu leiten. Die Leitfähigkeit kann beispielsweise mit einem Keithley
Sourcemeter bestimmt werden. Das Keithley Sourcemeter ist eine Kombination aus Spannungsquelle und Messgerät, an dem eine Spannung angelegt und dann der Strom gemessen werden kann. Die Spannung kann dann von z.B. -5 Volt bis +5 Volt gescannt werden, wodurch die in den nachfolgenden Figuren gezeigten Strom-Spannungs-Kennlinien erhalten werden. Aus diesen Figuren können die Leitfähigkeiten ermittelt werden bzw. Aussagen über den leitfähigkeitsmechanismus getroffen werden .
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines
Ausführungsbeispiels einer hier beschriebenen organischen lichtemittierenden Diode; Figur 2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines
Ausführungsbeispiels einer hier beschriebenen organischen Solarzelle;
Figuren 3A bis 3F zeigen schematische Seitenansichten von
Ausführungsbeispielen eines hier beschriebenen organischen Feld-Effekt-Transistors ; Die Figur 4 zeigt die Anbindung eines fluorierten Sulfonimid- Metallsalzes an ein Matrixmaterial gemäß einer Ausführungsform, die Figur 5 ein fluoriertes Sulfonimid-Metallsalz gemäß einer
Ausführungsform, die Figuren 6 bis 11 jeweils eine oder mehrere
Stromspannungskennlinien eines Ausführungsbeispiels eines organischen elektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, und die Figur 12 Messdaten von physikalischen Eigenschaften gemäß mehreren Ausführungsbeispiele und eines
Vergleichsbeispiels .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Die Figur 1 zeigt ein organisches elektronisches Bauelement, insbesondere eine organische lichtemittierende Diode 100, gemäß einer Ausführungsform. Die organische lichtemittierende Diode 100 umfasst ein Substrat 1, beispielsweise aus Glas. Über dem Substrat 1 ist eine Anode 2 angeordnet, die
beispielsweise aus Indiumzinnoxid oder einem anderen
transparenten leitfähigen Oxid (Transparent Conductive Oxide, TCO) gebildet ist. Über der Anode 2 ist eine lochinjizierende Schicht 3, eine lochtransportierende Schicht 4 und eine lichtemittierende Schicht 5 angeordnet. Die
lochtransportierende Schicht 4 als organische Schicht weist insbesondere ein Matrixmaterial, beispielsweise HTM, und ein fluoriertes Sulfonimid-Metallsalz als p-Dotierstoff nach Formel 1 auf. Der p-Dotierstoff liegt insbesondere zu 15
Vol.-% bezogen auf das Volumen des Matrixmaterials vor. Die lochtransportierende Schicht 4 weist eine Schichtdicke von zirka 200 nm auf. Über der lichtemittierenden Schicht 5 ist eine lochblockierende Schicht 6, eine
elektronentransportierende Schicht 7, eine
elektroneninjizierende Schicht 8 und eine Kathode 9,
beispielsweise aus Aluminium, geformt. Die lichtemittierende Schicht 5 kann ein elektronen- und/oder lochtransportierendes Material und ein oder mehrere phosphoreszente oder
fluoreszente Emitter enthalten. Materialien für die
elektronentransportierende Schicht 7, die
elektroneninjizierende Schicht 8 und die lochinjizierende Schicht 3 sind dem Fachmann bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert. Beispielsweise ist die elektronentransportierende Schicht 7 aus 2- (4-Bivinylyl) -5- (4-Tert-Butylvinyl) -1, 3, 4-Oxadiozol mit einem n-Dotierstoff, beispielsweise NDN-1 oder Kalzium, gebildet. Die
elektroneninjizierende Schicht 8 kann aus 2 , 9-Dimethyl-4 , 7- Divinyl-1, 10-Phenantronin (BCP) oder Lithiumfluorid (LiF) gebildet sein. Die lochinjizierende Schicht 3 kann aus champhersulfonsäuredotiertem dotiertem Poly(3,4- Ethylendioxytiophen) gebildet sein.
Zwischen der lochtransportierenden Schicht 4 und der
lichtemittierenden Schicht 5 kann eine elektronenblockierende Schicht angeordnet sein (hier nicht gezeigt) . Materialien für die elektronenblockierende Schicht sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise Bis (2-methyl-8-chinolinolat) -4-
(vinylphenolato) aluminium. Alternativ oder zusätzlich zur lochtransportierenden Schicht 4 kann die
elektronenblockierende Schicht aus dem Matrixmaterial, wie HTM-014, und dem p-Dotierstoff, wie
Kupfertrifluoromethylsulfonimid, gebildet sein.
Die Figur 2 zeigt ein organisches elektronisches Bauelement gemäß einer Ausführungsform. In Figur 2 ist ein
Ausführungsbeispiel einer organischen Solarzelle mit PIN- Struktur 20 gezeigt, welche Licht 21 in elektrischen Strom umwandelt. Die Solarzelle 20 umfasst oder besteht aus einer Anode aus Indium-Zinn-Oxid 22, lochtransportierenden Schicht 23, einer Absorptions-Schicht 24, einer dotierten
elektronentransportierenden Schicht 25 und einer Kathode 26. Die lochtransportierende Schicht 23 besteht aus einem
Matrixmaterial NPB (N, N ' -Bis (naphthalen-l-yl) -N, N ' - bis (phenyl ) -benzidin) und dem fluorierten Sulfonimid- Metallsalz und weist eine Schichtdicke von 150 nm auf. Der p- Dotierstoff liegt zu 15 Vol.-% bezogen auf das Volumen des Matrixmaterials vor. Die Materialien für die weiteren
Schichten sind dem Fachmann bekannt. In der Absorptions- Schicht 24 wird Licht aus der Umgebung absorbiert. Durch die Aufnahme des Lichtes geht ein Molekül der Absorptionsschicht 24 in den angeregten Zustand über und es kommt zu einer
Ladungstrennung. Bei der Ladungstrennung bildet sich ein Exziton, also ein Elektronen-Loch-Paar. Diese ungleich geladenen Ladungen müssen nun voneinander getrennt werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn das Elektron von einem starken Akzeptor aufgenommen wird und/oder das Loch von einem starken Donor aufgenommen wird. Ein solcher starker Akzeptor kann die mit dem erfindungsgemäßen Dotierstoff dotierte lochtransportierende Schicht 23 darstellen.
Alternativ kann ein solcher Akzeptor im Bereich der
Ladungsträgerextraktion der gebildeten Ladungsträger in einer PIN-Struktur darstellen. Die lochtransportierende Schicht 23 mit dem erfindungsgemäßen fluorierten Sulfonimid-Metallsalz als p-Dotierstoff wirkt sich auch positiv auf die
Ladungsextraktion und somit auf die Effizienz von organischen Solarzellen aus.
In den Figuren 3A bis 3F sind Ausführungsbeispiele von organischen Feld-Effekt-Transistoren 30 dargestellt. Auf einem Substrat 31 ist eine Gate-Elektrode 32, ein Gate- Dielektrikum 33, ein Source- und Drain-Kontakt 34 und 35 und eine organische Halbleiterschicht 36 aufgebracht. Die
schraffierten Stellen 37 zeigen die lochtransportierende Schicht und somit die Stellen, an denen das Matrixmaterial der organischen Halbleiterschicht 36 mit dem p-Dotierstoff dotiert ist. Die Dotierung dient insbeondere zur besseren Ladunsgträgerinj ektion und -extraktion an den Kontakten.
Die Figur 4 zeigt die Bildung einer positiven Ladung und dessen Delokalisierung am Beispiel des Matrixmaterials NPD als Lochtransportmaterial und am Beispiel des fluorierten Sulfonimid-Metallsalzes Zn(TFSI)m als p-Dotierstoff . Die
Sulfonimid-Anionen sind als TFSI abgekürzt und deren Anzahl vereinfacht mit m abgekürzt. Das Loch kann von einem auf das nächste NPD-Molekül durch den sogenannten Hopping-Mechanismus übertragen werden. Ein Leitfähigkeitspfad ist vorteilhaft, aufgrund des möglichen Hopping-Mechanismus jedoch nicht zwingend notwendig. Die Koordinationszahl an Zink kann sich während des Ladungstransfers verändern, zum Beispiel indem ein TFSI-Ligand freigegeben wird. Der aromatische
Lochtransporter als Matrixmaterial kann auch über eine p- Bindung an das Metall des fluorierten Sulfonimid-Metallsalzes binden.
Der Zinkkomplex als p-Dotierstoff dient hier lediglich als Beispiel und soll nicht einschränkend wirken. Der Mechanismus lässt sich auch auf andere fluorierte Sulfonimid-Metallsalze übertragen. Aus der Figur 4 ist erkennbar, dass das
fluorierte Sulfonimid-Metallsalz an das Matrixmaterial koordiniert oder bindet und damit eine positive Ladung auf das Matrixmaterial überträgt. Das fluorierte Sulfonimid- Metallsalz kann sich wieder abspalten, wobei die positive Ladung auf dem Matrixmaterial lokalisiert bleibt. Die unteren rechten und linken Strukturformeln der Figur 4 zeigen eine mesomerisierte Stabilisierung des positiv geladenen
Matrixmaterials. Die Ladung ist somit innerhalb des
Matrixmoleküls frei beweglich und kann durch den sogenannten Hopping-Mechanismus auf das nächste Matrixmolekül
weitergeleitet werden. Es sind nur wenige Prozent,
insbeondere 1-50%, bevorzugt 5-30%, besonders bevorzugt 15%, des fluorierten Sulfonimid-Metallsalzes nötig, um einen freien positiven Ladungsträger, also Löcher oder
Elektronendefizite, im Lochtransportmaterial, insbesondere einer organischen lichtemittierenden Diode, zu erzeugen. Das Matrixmaterial, hier das Lochtransportmaterial NPD, kann auch über eine π-Bindung an M des Metallsalzes binden.
Die Figur 5 zeigt die räumliche Anordnung eines fluorierten Sulfonimid-Metallsalzes gemäß einer Ausführungsform. Es ist Zink di [bis (trifluormethylsulfonyl) imid] (CAS Nummer: 168106- 25-0) dargestellt. Dabei sind die Koordinationsmöglichkeiten des Sulfonimid-Anions an das Metall Zink gezeigt. Die
Sulfonimid Anionen binden darin sowohl chelatisierend über zwei Sauerstoffatome als auch einfach über nur ein
Sauerstoffatom. In diesem Beispiel binden vier Sulfonimid Liganden an nur ein Zink (II) Zentrum. Dies würde zu einer zweifach negativen Ladung führen. Die nur einfach gebundenen Sulfonimid Liganden können aber an ein weiteres Zink Zentrum binden, wodurch in Summe eine Art Koordinationspolymer mit der Formel [Zn(TFSI)2]n erhalten wird. In der Schicht wird dieses Polymer ganz oder teilweise durch den organischen halbleiter aufgespalten. Dies wird in dieser Anmeldung vereinfacht als Zn(TFSI)2 wiedergegeben. Je nach Metall ist auch eine Bindung von N oder S des Sulfonimids an das Metall denkbar. Durch die große Anzahl an Metallen im Periodensystem ist eine hohe strukturelle Vielfalt gegeben. Die Wahl des Metalls beeinflusst mit seiner Ladung dabei auch die Anzahl der einfach negativ geladenen Sulfonimid-Anionen,
insbesondere des TFSI-Anions, die Sublimationstemperatur, die Löslichkeit und Dotierstärke. Damit sind diese Parameter in weiten Grenzen einstellbar und können an die gewünschte
Prozessierungsart , beispielsweise die Flüssigprozessierung, oder die Vakuumabscheidung sowie an verschiedene
Lochtransportmaterialien angepasst werden.
Die fluorierten Sulfonimid-Metallsalze zeichnen sich durch eine hohe thermische Stabilität aus und stehen insbesondere der Vakuumprozessierung zur Verfügung. Die Figur 5 zeigt die Koordination der Perfluoralkylsulfonimide an das Metall, beispielsweise Zink. Die Sulfonimide können chelatisierend über zwei Sauerstoffatome an das Zentralatom Kupfer
Die Figur 6 zeigt eine Stromspannungskennlinie gemäß mehrerer Ausführungsformen und Vergleichsbeispielen. Es ist jeweils die Stromdichte I in mA/cm^ in Abhängigkeit von der Spannung U in V dargestellt. Das fluorierte Sulfonimid-Metallsalz dient als p-Dotierstoff und als Matrixmaterial dient HTM014. Insbesondere beträgt der Anteil an dem fluorierten
Sulfonimid-Metallsalz 15 Vol.-%. Das Matrixmaterial weist einen Anteil von 85 Vol.-% auf. Die Kurve X-l zeigt die Stromspannungskennlinie des
Matrixmaterials HTM014 ohne Zusatz eines p-Dotierstoffes . Die Kurven 6-1 bis 6-6 zeigen jeweils eine
Stromspannungskennlinie des p-Dotierstoffes , fluoriertes Sulfonimid-Metallsalz, in den Matrixmaterial HTM014. Als p- Dotierstoff wurden folgende fluorierte Sulfonimid-Metallsalze verwendet :
Kurve 6-1: Kupfer di [bis (trifluormethylsulfonyl) imid]
Cu (TFSI) 2,
Kurve 6-2: Kalium [bis (trifluormethylsulfonyl) imid] K(TFSI), Kurve 6-3: Zink di [bis (trifluormethylsulfonyl) imid]
Zn (TFSI) 2,
Kurve 6-4: Magnesium [bis (trifluormethylsulfonyl) imid]
Mg (TFSI) 2- Die Kurve 6-5: Lithim
[bis (trifluormethylsulfonyl) imid] Li (TFSI)
Kurve 6-6: Natrium [bis (trifluormethylsulfonyl) imid]
Na (TFSI) . Die Stromspannungskennlinien sind intrinsisch aufgenommen. Aus der Gruppe der zwei- oder höherwertigen Metalle mit einer Atommasse von > 26 g/mol sind beispielhaft die Kennlinien von Zn(TFSI)2 und Cu(TFSI)2 gezeigt. Beide Materialien ergeben durch Eindotierung in das Lochtransportmaterial HTM014 nahezu symmetrische Kennlinien mit sehr starkem Anstieg der
Stromdichte bei sehr kleinen Spannungen. Dies deutet auf eine effiziente Ladungsinjektion von beiden Elektroden und somit einem sehr starken Dotiereffekt hin. Als Vergleichsbeispiel ist die Stromspannungskennlinie von Mg(TFSI)2 aufgeführt. Mit diesem leichteren Element mit einer Atommasse von < 26 g/mol wird keine effiziente Dotierung erreicht.
Durch die Verwendung von Cu(TFSI)2 als Dotierstoff wird die Lochinjektion weitgehend unabhängig von der Austrittsarbeit der Metall- oder Halbleiterelektrode, wie beispielsweise Aluminium oder ITO. Cu(TFSI)2 weist einen außergewöhnlich starken Dotiereffekt auf, aufgrund der starken
Lewissäureeigenschaften und der oxidischen Wirkung. Dabei kann Cu2+ zu Cu1+ reduziert werden. Es ergibt sich eine breite Auswahl an dotierbaren Lochtransportmaterialien. Dies ergibt sich durch das tiefliegende LUMO-Level von Cu(TFSI)2, welches auch Elektronen von einem vergleichsweise hochliegendem HOMO- Level eines Lochtransportmaterials aufnehmen kann.
Vorteilhafterweise werden die hier beschriebenen
Matrixmaterialien mit starken Dotierstoffen, wie Cu(TFSI)2, dotiert. Insbesondere können derartige Matrixmaterialien ausschließlich mit äußerst starken Dotierstoffen, wie
beispielsweise Cu(TFSI)2, effizient dotiert werden. Dieser
Effekt ist bereits von dem Dotierstoff Re2Ü7 ebenfalls einem äußerst starken p-Dotierstoff bekannt. Aufgrund der geringen benötigten Menge an Cu(TFSI)2/ die sich wiederum aus dem starken Dotiereffekt ergibt, bietet Cu(TFSI)2 einen
entscheidenden Kostenvorteil. Alternativ kann die organische Schicht als
Lochinjektionsschicht ausgeformt sein und aus dem fluorierten Sulfonimid Metallsalz bestehen. Vorzugsweise besteht die als Lochinjektionsschicht ausgeformte organische Schicht aus Cu (TFSI) 2.
Aus der Gruppe der einwertigen Metalle mit einer Atommasse von > 39 g/mol ist beispielhaft die Stromspannungskennlinie von K(TFSI) gezeigt. Durch Eindotierung in das
Lochtransportmaterial HTM-014 wird eine nahezu symmetrische Kennlinie mit sehr starkem Anstieg der Stromdichte bei sehr kleinen Spannungen erhalten. Dies deutet auf eine effiziente Ladungsträgerinjektion von beiden Elektroden und somit einen sehr starken Dotiereffekt hin. Als Vergleichsbeispiel sind auch die Kennlinien von Na (TFSI) und Li (TFSI) aufgeführt. Mit diesen leichteren Elementen mit einer Atommasse von < 39 g/mol wird keine effiziente Dotierung erreicht.
Die Wirksamkeit des p-Dotierstoffs wird dabei auf seine
Lewis-Säurestärke zurückgeführt. Insbesondere weisen die fluorierten Sulfonimid-Metallsalze einen PKs-Wert von größer als 0 auf. Damit handelt es sich hierbei nicht um
Supersäuren. Zwei- oder höherwertige Metalle besitzen
aufgrund ihrer höheren Oxidationsstufe eine höhere Lewis- Säurestärke, weshalb bereits leichtere Metalle ab einer
Atommasse von > 26 g/mol als p-Dotierstoff geeignet sind. Einwertige Metalle hingegen sind weniger Lewis-sauer und somit erst ab einer Atommasse ^ 39 g/mol als p-Dotierstoff geeignet. Mit der Atommasse steigt auch die Ordnungszahl und damit die Zahl der Protonen im Atomkern. Je höher die Anzahl der Protonen, desto leichter kann ein Atom ein zusätzliches Elektron aufnehmen. Deshalb sind nur Metallsalze ab einer gewissen ausreichenden hohen Atommasse geeignet.
Herstellung von fluorierten Sulfonimid-Metallsalzen
1. Aufreinigung von Zink-Bis (Trifluoromethansulfonimid) ,
Zn (TFSI) 9
Zn(TFSI)2 (CAS: 168106-25-0) ist bei Sigma-Aldrich
kommerziell erhältlich. Der Feststoff wurde im Hochvakuum sublimiert. Die Einwaage beträgt 800 mg, die Auswaage 156 mg. Die Temperatur beträgt 174 bis 178 °C bei einem Druck von ungefähr 5 · 10-^ mbar. Das Produkt wurde als weißer amorpher Feststoff erhalten.
2. Aufreinigung von Kupfer-Bis (Trifluoromethansulfonimid) , Cu (TFSI) ?
Cu(TFSI)2 · xH20 (CAS: 1334406-76-6) ist bei Sigma-Aldrich kommerziell erhältlich. Der Feststoff wurde zweimal im
Hochvakuum sublimiert. Die erste Sublimation erfolgte bei einer Einwaage von 580 mg und einer Auswaage von 331 mg bei einer Temperatur von 115 bis 145 °C. Das Produkt wurde als weißer amorpher Feststoff erhalten. Die zweite Sublimation erfolgte bei einer Einwaage von 331 mg und einer Auswaage von 266 mg bei einer Temperatur von 115 bis 145 °C. Das Produkt wurde als weißer amorpher Feststoff erhalten.
3. Aufreinigung von Lithium-Trifluoromethansulfonimid,
Li (TFSI) Li(TFSI) (CAS: 90076-65-6) ist bei Sigma-Aldrich kommerziell erhältlich. Der Feststoff wurde zweimal im Hochvakuum
destilliert. Die erste Destillation erfolgte bei einer
Einwaage von 1,2 g und einer Auswaage von 0,92 g. Das weiße Li(TFSI) wird bei 225 bis 230 °C flüssig und destilliert bei 250 bis 270 °C als weißer amorpher Feststoff. Die zweite Destillation erfolgte bei einer Einwaage von 0,92 g und einer Auswaage von 0,40 g und einer Temperatur von 250 bis 270 °C. Das Produkt wird als weißer amorpher Feststoff erhalten.
4. Aufreinigung von Natrium-Trifluoromethansulfonimid,
Na (TFSI) Na (TFSI) (CAS: 91742-21-1) ist bei Sigma-Aldrich kommerziell erhältlich. Der Feststoff wurde zweimal im Hochvakuum
destilliert. Die erste Destillation erfolgte bei einer
Einwaage von 505 mg und einer Auswaage von 410 mg. Das weiße Na (TFSI) wird bei 265 °C flüssig und destilliert bei 270 bis 295 °C als weißer teilweise kristalliner Feststoff. Die zweite Destillation erfolgte bei einer Einwaage von 410 mg und einer Auswaage von 270 mg und einer Temperatur von 270 bis 275 °C. Das Produkt wird als weißer Feststoff erhalten. 5. Aufreinigung von Kalium-Trifluoromethansulfonimid, K(TFSI)
K(TFSI) (CAS: 90076-67-8) ist bei Sigma-Aldrich kommerziell erhältlich. Der Feststoff wurde zweimal im Hochvakuum im Kugelrohr destilliert. Die erste Destillation erfolgte bei einer Einwaage von 482 mg und einer Auswaage von 366 mg. Das weiße K(TFSI) wird bei 205 °C flüssig und destilliert bei 270 bis 290 °C. Die zweite Destillation erfolgte bei einer Einwaage von 366 mg und einer Auswaage von 241 mg bei einer Temperatur von 270 bis 285 °C.
6. Referenzbauteil mit intrinsischem Matrixmaterial, HTM-014
Es wurde ein Referenzsystem, ein sogenanntes
Maj oritätsladunsträger Bauteil ( single-carrier device) , aufgebaut. Das Bauteil weist ein Substrat 1 aus Glas auf. Dem Substrat 1 ist eine Anode 2 aus ITO (Indiumzinnoxid)
nachgeordnet. Der Anode 2 ist eine organische Schicht 3 aufweisend ein Matrixmaterial aus HTM-014 nachgeordnet. Die organische Schicht 3 weist eine Schichtdicke von zirka 200 nm auf. Der organischen Schicht 3 ist eine Kathode 9 aus
Aluminium nachgeordnet. Es wurden zwei Bauteile mit je 15 Pixeln und einer Pixelfläche von 4 mm^ hergestellt.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen die Stromspannungskennlinien dieses entsprechenden Referenzbauteils als durchgezogene Kennlinie x-1.
7. Dotierung des Matrixmaterials HTM-014 mit Zn(TFSI)?
Die Figur 7 zeigt die Stromspannungskennlinie des
Referenzbauteils x-1 (durchgezogene Linie) und eines
Ausführungsbeispiels 7-1 (gestrichelte Linie) . Es ist die
Stromdichte I in mA/cm^ in Abhängigkeit der Spannung U in V dargestellt. Das organische elektronische Bauelement ist ein Maj oritätsladunsträger Bauteil. Um den Dotiereffekt in diesem Bauteil zu demonstrieren, weist es als Substrat 1 Glas auf, als Anode 2 ITO, eine 200 nm dicke organische Schicht 3 aus einem Matrixmaterial HTM-014 dotiert mit 15 Vol.-% Zn(TFSI)2 und eine Kathode 9 aus Aluminium. Es wurden zwei Bauteile mit je 15 Pixeln und einer Pixelfläche von 4 mm^ hergestellt.
Aus der Figur 7 ist ersichtlich, dass die Dotierung einen Effekt auf die Stromspannungskennlinie hat. Die Stromdichte steigt in der dotierten Schicht oberhalb und unterhalb von 0 V stark an, während für die intrinsische undotierte Schicht (durchgezogene Linie) eine typische Diodenkennlinie
beobachtet wird, bei der eine deutliche Überspannung (build- in voltage) nötig ist, bevor die Stromdichte ansteigt.
Außerdem ist dies bei der intrinsischen Schicht nur bei positiven Spannungen der Fall, während die dotierte Schicht auch bei negativen Spannungen erhöhte Stromdichten zeigt und eine effiziente Elektroninjektion auch von der Anode 2 (ITO) ermöglicht.
8. Dotierung des Matrixmaterials HTM-014 mit Cu(TFSI)?
Um den Dotiereffekt zu demonstrieren, wurde ein
Maj oritätsladunsträger Bauteil mit folgender Architektur aufgebaut :
Glassubstrat 1,
ITO als Anode 2,
200 nm HTM-014 dotiert mit 15 Vol.-% Cu(TFSI)2 als organische Schicht 3,
Aluminium als Kathode 9.
Es wurden zwei Bauteile mit je 15 Pixeln und einer
Pixelfläche von 4 mm^ hergestellt.
Die Figur 8 zeigt als gestrichelte Linie 8-1 die
Stromspannungskennlinie dieses Ausführungsbeispiels. Es kann gezeigt werden, dass die Dotierung einen sehr starken Effekt auf die Stromspannungskennlinie hat. Die Stromdichte steigt in der dotierten Schicht oberhalb und unterhalb von 0 V sehr stark an und erreicht bei Spannung > 1 V schnell die maximale Stromdichte, die bei der Messung eingestellt wurde, um das Bauteil vor zu großen Strömen zu schützen. Die
Stromspannungskennlinie zeigt, dass es sich bei Cu(TFSI)2 um einen äußerst starken p-Dotierstoff handelt.
9. Dotierung des Matrixmaterials HTM-014 mit Li(TFSI)
Die Figur 9 zeigt die Stromspannungskennlinie von einem
Vergleichsbeispiel. Um den geringen Dotiereffekt zu
demonstrieren, wurde ein Maj oritätsladunsträger Bauteil mit folgender Bauteilarchitektur aufgebaut:
Glassubstrat 1,
ITO als Anode 2,
200 nm HTM-014 dotiert mit 15 Vol.-% Li(TFSI) als organische Schicht,
Aluminium als Kathode 9.
Es wurden zwei Bauteile mit je 15 Pixeln und einer
Pixelfläche von 4 m^ hergestellt.
Die gestrichelte Kennlinie 9-1 der Figur 9 zeigt die
Stromspannungskennlinie dieses Aufbaus. Es kann gezeigt werden, dass die Dotierung mit Lithium-
Trifluoromethylsulfonimid wenig effizient ist und nahezu keinen Effekt auf die Stromspannungskennlinie hat. Die
Stromdichte liegt in der dotierten Schicht nur sehr
geringfügig über der Stromdichte im undotierten
Referenzbauteil. Auch beispielsweise die Dotierung von Spiro- MEOTAD mit 12 Vol.-% Li(TFSI) zeigt lediglich eine
Leitfähigkeitserhöhung um zwei Größenordnungen (κ=0 2 * 10~ S/cm) . Dies entspricht einem geringen bis mäßigen Dotiereffekt. Aufgrund des geringen Dotiereffekts mit
Lithium-Trifluoromethylsulfonimid ist dieser Dotierstoff erfindungsgemäß ausgeschlossen.
Die Figuren 10 und 11 zeigen jeweils Stromspannungskennlinien gemäß mehrerer Ausführungsformen. Analog zu den Figuren 6 bis
9 ist jeweils die Stromdichte I in mA/cm^ in Abhängigkeit von der Spannung U in V dargestellt.
Die Kurven 10-1 bis 10-4 der Figur 10 zeigen ein
Mariotätsladungsträgerbauteil , in dem das Matrixmaterial NHT- 51 dotiert mit verschiedenen Konzentrationen Cu(TFSI) 2 vorliegt .
Die Konzentration des Cu(TFSI) 2 sind in Kurve 10-1 3
Kurve 10-2 5 %, in Kurve 10-3 10 % und in Kurve 10-4 15 %. Die Prozentangaben bedeuten insbesondere Vol-%. Aus der Figur 10 ist erkennbar, dass Cu(TFSI) 2 bei diesen Konzentrationen einen starken Dotiereffekt zeigt und damit als starker Dotierstoff wirkt. Ein Optimum ist bei einer Dotierkonzentration θΠ 5 "6 mit einer Toleranz von 3 ~6 , 2 ~6 , 1 %, 0,5 %, 0,3 % oder 0,1 %, vorzugsweise genau 5%,
beobachtbar.
Die Erfinder haben erkannt, dass gerade die Auswahl des
Anteils an Cu(TFSI) 2 in diesem Konzentrationsbereich von 3 % bis 15 % (Grenzen eingeschlossen) einen starken Dotiereffekt zeigt.
Die Figur 11 zeigt Stromspannungskennlinien von
Maioritätsladungsträgerbauteilen, in denen Cu(TFSI) 2 in verschiedenen Konzentrationen zwischen 3 % und 15 % in dem Matrixmaterial HTM-081 dotiert vorliegt.
Aus der Figur 11 ist zu erkennen, dass Cu(TFSI)2 auch in diesem Matrixmaterial bei allen Konzentrationen als starker Dotierstoff wirkt. Die stärkste Dotierung wird bei einer Konzentration zwischen 3 und 10 % erwartet.
Zur Verifizierung der Dotiereigenschaften von Cu(TFSI)2 wurde ein organisches elektronisches Bauelement mit folgender
Architektur hergestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem organischen elektronischen Bauelement um eine OLED:
Glassubstrat,
ITO als Anode,
70 nm NHT-51 dotiert mit 3 bis 15 Vol.-% Cu (TFSI ) 2/ eferenz- Dotand (R-D) ,
Elektronenblockierschicht,
EmissionsSchicht ,
Lochblockierschicht,
Elektronentransportschicht,
Elektroneninj ektionsschicht ,
Aluminium als Kathode. Die Emissionsschicht kann Schichten mit organischen
Polymeren, organischen Oligomeren, organischen Monomeren, organischen kleinen nichtpolymeren Molekülen („small
molecules") oder Kombinationen daraus aufweisen. Zusätzlich kann eine Lochtransportschicht und/oder Lochinjektionsschicht in der OLED vorhanden sein, um eine effektive Löcherinjektion und/oder -transport in zumindest die eine Emissionsschicht zu ermöglichen. Als Materialien für eine Lochtransportschicht können sich beispielsweise tertiäre Amine, Carbazolderivate, mit Campfersulfonsäure dotiertes Polyanilin oder mit
Polystyrolsulfonsäure dotiertes Polyethylendioxythiophen als vorteilhaft erweisen. Es können weiterhin zusätzliche
Schichten vorhanden sein, die ausgewählt sind aus
Löcherinjektionsschichten, Lochtransportschichten,
Elektroneninj ektionsschichten, Elektronentransportschichten, Lochblockierschichten und Elektronenblockierschichten . Als Material für diese Schichten können dem Fachmann bereits bekannte Materialien gewählt werden.
Die Figur 12 zeigt die physikalischen Parameter der
hergestellten organischen elektronischen Bauelemente. Es ist ersichtlich, dass Cu(TFSI)2bei allen getesteten
Konzentrationen hervorragend als p-Dotierstoff eingesetzt werden kann und die Dotierwirkung nahezu unabhängig von der eingesetzten Konzentration ist. Die externe Quanteneffizienz (EQE) in Prozent % ist bei allen getesteten Konzentrationen überraschenderweise höher als die einer OLED mit dem
kommerziellen Referenz-p-Dotanden NDP-9 von Novaled. Auch die Spannung U in V ist bis zu einer Konzentration von 10 % nahezu identisch. Die Dotierwirkung ist in diesem Bereich unabhängig von der Konzentration. Cu(TFSI)2 ist bei allen Konzentrationen zwischen 3% und 10% gleich effektiv als p- Dotand. In Figur 12 bedeuten die Abkürzungen R-D Referenz- Dotand, L Leuchtdichte in cd/m2, Peff Leistungseffizienz in lm/W, Ieff Stromeffizienz in cd/m2 und EQE externe
Quanteneffi zienz in ~6.
Cu(TFSI)2 kann nicht nur als p-Dotierstoff in
lochtransportierenden Matrixmaterialien eingesetzt werden, sondern auch als Reinstoff der Lochinjektionsschicht dienen. Mit anderen Worten besteht die Lochinjektionsschicht aus Cu(TFSI)2- Bestehen bedeutet hier in diesem Zusammenhang, dass der Hauptbestandteil der Lochinjektionsschicht Cu(TFSI)2 ist und lediglich Verunreinigungen im ppm-Bereich vorhanden sind. In diesem Fall wird die organische Schicht nicht durch Codotierung der entsprechenden Materialien hergestellt. Es wird stattdessen Cu(TFSI)2 mit einer Konzentration von nahezu 100 % oder genau 100 % ohne Zusatzstoffe aufgebracht. Das Aufbringen kann nasschemisch oder durch Verdampfung im Vakuum erfolgen .
Alternativ können aber auch andere Sulfonimidanionen
verwendet werden. Statt TFSI als Anion kann auch das Metall Kation, vorzugsweise Cu2+, mit jedem vorstehend genannten Anion kombiniert werden.
Insbesondere kann das Anion die folgende Strukturformel aufweisen .
Figure imgf000041_0001
Dabei gibt n die Wertigkeit an. N kann zwischen 1 und 7 sein. Vorzugsweise ist n = 2. R]_ und R2 können unabhängig
voneinander ausgewählt sein. R]_ und R2 können aus der
folgenden Gruppe oder Kombinationen daraus ausgewählt sein: fluorsubstituierter Arylrest, fluorsubstituierter Alkylrest, fluorsubstituierter Arylalkylrest .
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 121 844.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 Substrat
2 Anode
3 lochinjizierende Schicht oder organische Schicht
4 lochtransportierende Schicht
5 lichtemittierende Schicht
6 löcherblockierende Schicht
7 elektronentransportierende Schicht
8 elektroneninjizierende Schicht
9 Kathode
10 organisches elektronisches Bauelement
100 organische lichtemittierende Diode
20 organische Solarzelle mit PIN-Struktur
21 Licht
22 Anode
23 lochtransportierende Schicht
24 Absorptions-Schicht
25 dotierte elektronentransportierende Schicht 26 Kathode
30 organischer Feld-Effekt-Transistor
31 Substrat
32 Gate-Elektrode
33 Gate-Dielektrikum
34,35 Source and Drain-Kontakt
36 organische Halbleiterschicht
37 lochtransportierende Schicht
U Spannung
V Volt
I Stromdichte
mA milli Ampere
cm2 QuadratZentimeter

Claims

Patentansprüche
1. Organisches elektronisches Bauelement (10) umfassend zumindest eine organische Schicht (3) , die ein fluoriertes Sulfonimid-Metallsalz der folgenden Formel 1 aufweist:
Figure imgf000044_0001
- wobei M entweder ein zweiwertiges oder höherwertiges Metall mit einer Atommasse von größer 26 g/mol oder ein einwertiges Metall mit einer Atommasse von größer oder gleich 39 g/mol ist,
- wobei 1 n < 7 ist, und
- wobei Ri, R2 unabhängig voneinander und aus einer Gruppe ausgewählt sind, die einen fluorsubstituierten Arylrest, einen fluorsubstituierten Alkylrest und einen
fluorsubstituierten Arylalkylrest umfasst.
2. Organisches elektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 1,
wobei M = Kupfer ist und n = 2 ist.
3. Organisches elektronisches Bauelement (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die organische Schicht (3) als Lochinjektionsschicht ausgeformt ist und aus dem fluorierten Sulfonimid-Metallsalz besteht .
4. Organisches elektronisches Bauelement (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine organische lichtemittierende Leuchtdiode ist, wobei die organische Schicht (3) als Lochinjektionsschicht
ausgeformt ist und aus dem fluorierten Sulfonimid-Metallsalz besteht .
5. Organisches elektronisches Bauelement (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die organische Schicht (3) lochtransportierend ist und ein Matrixmaterial aufweist, wobei das fluorierte Sulfonimid- Metallsalz ein p-Dotierstoff ist, der als Elektronenakzeptor in Bezug auf das Matrixmaterial wirkt.
6. Organisches elektronisches Bauelement (10) nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei das Matrixmaterial ein Lochtransportmaterial ist.
7. Organisches elektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 5 oder 6,
wobei der p-Dotierstoff einen Anteil zwischen einschließlich 1 Vol.-% und einschließlich 30 Vol.-% in dem Matrixmaterial aufweist .
8. Organisches elektronisches Bauelement (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei M Kupfer, Zink, Aluminium, Bismut, Kalium, Rubidium, Cäsium oder Zinn ist.
9. Organisches elektronisches Bauelement (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei Ri, R2 unabhängig voneinander und aus einer Gruppe ausgewählt sind, die einen linearen oder verzweigten
zumindest teilweise fluorsubstituierten Alkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, einen zumindest teilweise fluorsubstituierten Arylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und einen zumindest teilweise fluorsubstituierten
Arylalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen umfasst.
10. Organisches elektronisches Bauelement (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei Ri und R2 die gleichen Substituenten sind und aus der fol enden Gruppe ausgewählt sind:
Figure imgf000046_0001
11. Organisches elektronisches Bauelement (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
das eine organische lichtemittierende Leuchtdiode ist.
12. Organisches elektronisches Bauelement (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
das eine Solarzelle, ein Fotodetektor oder ein organischer Feldeffekttransistor ist.
13. Organisches elektronisches Bauelement (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die organische Schicht (3) mittels physikalischer
Dampfabscheidung durch Koabscheidung des Matrixmaterials und des p-Dotierstoffes erzeugt ist.
14. Organisches elektronisches Bauelement (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die organische Schicht (3) mittels nasschemischen
Verfahrens erzeugt ist.
15. Organisches elektronisches Bauelement (10) nach Anspruch 5 oder 6,
wobei das Matrixmaterial aus einer Gruppe ausgewählt ist, die HTM014, HTM081, HTM163, HTM222, NHT5, NHT49, NHT51, EL-301, EL-22T, HTM226, HTM355, HTM133, HTM334 und HTM604 umfasst.
16. Organisches elektronisches Bauelement (10) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die organische Schicht (3) eine Ladungsträgererzeugungsschicht ist.
17. Verwendung eines fluorierten Sulfonimid-Metallsalzes nach einem der Ansprüche 1 bis 16 als p-Dotierstoff zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit in einer organischen Schicht (3) eines organischen elektronischen Bauelements (10).
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