一种含有简单稠环小分子材料的器件结构及其应用制造技术

本发明专利技术涉及含有简单稠环小分子材料的器件结构，其结构包括活性层，所述活性层的厚度在500

【技术实现步骤摘要】
一种含有简单稠环小分子材料的器件结构及其应用


[0001]本专利技术涉及有机光电领域，特别涉及一种含有简单稠环小分子材料的器件结构及其应用。

技术介绍

[0002]太阳能是一种干净无污染且取之不尽、用之不竭的能源。在解决日前石化能源所面临的污染与短缺的问题时，太阳能一直是最受嘱目的焦点。由于太阳电池可直接将太阳能转换为电能，因此已成为目前产业界相当重要的研究课题之一。而目前有机太阳电池(OPVs)是极有希望产业化的太阳电池。其通常采用电子给体材料和电子受体材料溶于良溶剂中，并通过旋涂加工的方式形成呈薄膜状的活性层，从而制备本体异质结结构的太阳电池器件。与无机硅太阳电池相比，有机太阳电池具有低毒和低成本等优势。
[0003]类似地，有机光电探测器(OPDs)是一种具有光电转换功能的有机光电器件，其可以将入射光转换为电信号输出。与传统无机半导体光电探测器相比，OPDs具有低成本、低功耗以及可以实现溶液加工和制备柔性器件等优势。
[0004]光谱响应在近红外区域的光电器件，可以广泛应用于航海、航空、航天、武器探测、夜视、通信、大气监测、污染检测以及气象等方面。为了成为硅光电器件的有潜力的替代对象， OPVs和OPDs中的活性层材料的吸收光谱需超过1100nm。
[0005]相比于高聚物材料，小分子具有重复性好，无批次问题，然而窄带隙小分子，特别是响应范围超过1000nm的小分子红外材料极其少。目前超过1000nm响应的有机小分子光探测器的比探测率最高为10的12次方。并且超过1050nm的响应时间性能还是空白。另外，通常地，载流子在活性层材料中的有效迁移距离较短，若活性层厚度过高，易造成载流子的复合而造成光电转换效率低下，一般的OPVs和OPDs活性层厚度较薄，通常在100
‑
200nm左右，而这种厚度基本上无法实现工业化的roll
‑
to
‑
roll工艺。
[0006]因此，亟需找到一种技术方案，其用于活性层的材料，可以在可见光
‑
近红外波段具有优异的相应，并且优选地适用于厚度较厚的(～500nm)活性层的光电器件(分别为OPVs或 OPDs)中后仍具有良好的光电转换效率/灵敏度，从而解决上述本领域的技术难题。

技术实现思路

[0007]本专利技术公开了一种含有简单稠环小分子材料的器件结构，其活性层中的电子受体材料是基于简单稠环的小分子近红外材料，所谓简单稠环，是指构成稠环的芳环个数不超过三个，即可以为单元环、二元稠环或三元稠环。另外，尤其是在近红外区域具有较为优异的光谱响应；值得一提的是，其器件结构适用于活性层在500nm以上的有机太阳电池或有机光电探测器应用场景，具有roll
‑
to
‑
toll的商业化前景。
[0008]本专利技术的一个目的在于提供一种含有简单稠环小分子材料的器件结构，其器件结构包括活性层，所述活性层的厚度在500
‑
600nm，所述活性层中，包括电子给体材料和电子受体材料共混的结构，
[0009]所述电子受体材料含有如下结构通式：
[0010][0011]其中，
[0012]R
’
、R”和R独立地选自碳原子数为1
‑
40的烷基，或者碳原子数为1
‑
40的烷基衍生物；
[0013]所述烷基衍生物上的一个或多个碳原子，被氢原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基的一种或多种所取代；
[0014]和/或，
[0015]所述烷基衍生物上的一个或多个氢原子，被氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基的一种或多种取代；
[0016]Ar为芳香基团。
[0017]进一步地，所述Ar选自如下结构中的一种：
[0018][0019]R
11
‑
R
16
独立地选自碳原子数为1
‑
40的烷基，或者碳原子数为1
‑
40的烷基衍生物；
[0020]所述烷基衍生物上的一个或多个碳原子，被氢原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基的一种或多种所取代；
[0021]和/或，
[0022]所述烷基衍生物上的一个或多个氢原子，被氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基的一种或多种取代。
[0023]进一步地，所述电子给体材料选自PBDB
‑
T、PM6、PTB7
‑
Th、J51中的一种。
[0024]进一步地，所述含有简单稠环小分子材料的器件结构还包括阴极界面层或阳极界面层的至少一种。
[0025]进一步地，所述阴极界面层选自PFN、PFN
‑
Br、ZnO、SnO2、PDINN中的一种。
[0026]进一步地，所述阳极界面层选自PEDOT:PSS、MoO
x
中的一种。
[0027]进一步地，所述活性层的厚度在500
‑
600nm。
[0028]本专利技术的另一个目的在于提供所述含有简单稠环小分子材料的器件结构在有机太阳电池中的应用。
[0029]本专利技术的另一个目的在于提供所述含有简单稠环小分子材料的器件结构在有机光电探测器中的应用。
[0030]本专利技术的有益效果为：
[0031]1.本专利技术的电子受体材料以独特的基于苯并三唑并喹喔啉的结构为强缺电子基团，含有经典的D
‑
π
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A结构，从而在可见光
‑
近红外的光谱范围内，具有广阔的吸收光谱(＞1100nm)，以及优异的光谱响应。
[0032]2.令人意外地发现，本专利技术的电子受体材料，与电子给体材料(如聚合物PTB7
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Th)共混后并应用于光电器件作为活性层材料后，具有较高的场致空穴迁移率，尤其适用于活性层较厚(＞500nm)的光电器件中，从而有利于实现roll
‑
to
‑
roll的工业化生产。
[0033]3.本专利技术的电子受体材料，应用于OPVs中，不同于一般的近红外电子受体材料，其可以获得高达4.22％的光电转换效率，这一数值在同类型近红外材料的光电转换效率中属于先进水平；而应用于OPDs中，该OPD的响应范围超过1000nm，比探测率高达3.5
×
10
12
Jones，响应时间在3.7μs，具有极高的灵敏度。因此，该电子受体材料是一类具有应用前景的，可以同时应用于多种光电器件中的经典材料。
具体实施方式
[0034]下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有简单稠环小分子材料的器件结构，其特征在于，所述含有简单稠环小分子材料的器件结构包括活性层，所述活性层的厚度在100
‑
600nm，所述活性层中，包括电子给体材料和电子受体材料共混的结构，所述电子受体材料含有如下结构通式：其中，R
’
、R”和R独立地选自碳原子数为1
‑
40的烷基，或者碳原子数为1
‑
40的烷基衍生物；所述烷基衍生物上的一个或多个碳原子，被氢原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基的一种或多种所取代；和/或，所述烷基衍生物上的一个或多个氢原子，被氟原子、氯原子、溴原子、碘原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基的一种或多种取代；Ar为芳香基团。2.根据权利要求1所述含有简单稠环小分子材料的器件结构，其特征在于，所述Ar选自如下结构中的一种：R
11
‑
R
16
独立地选自碳原子数为1
‑
40的烷基，或者碳原子数为1
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40的烷基衍生物；所述烷基衍生物上的一个或多个碳原子，被氢原子、氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基、硝基的一种或多种所取代；和/或，所述烷基...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连杰，邓燧楠，雷淑仪，陈军武，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：