有机半导体化合物及包含其的有机光电元件制造技术

本发明专利技术是关于一种有机半导体化合物及包含其的有机光电元件，该有机半导体化合物具有一新颖的化学结构设计，使得该化合物具有良好的红外光范围响应值，适用于有机光电元件，如OPD、OPV或OFET等，于使用时可提供更佳的吸光波长范围和更好的光电响应值。波长范围和更好的光电响应值。波长范围和更好的光电响应值。

【技术实现步骤摘要】
有机半导体化合物及包含其的有机光电元件


[0001]本专利技术是关于一种化合物及其包含的光电元件，其特别是一种具有良好的物理化学性质，并可使用对环境友善的有机溶剂进行加工操作，提升其生产的便利性及降低对环境影响的有机半导体化合物，及其具有优异的红外光范围响应值与低暗电流密度的有机光电元件。

技术介绍

[0002]近年来，为了制造更通用、成本更低的电子元件，对于有机半导体化合物(Organic Semiconducting Compound)的需求日增，此一现象是因有机半导体化合物与传统半导体材料相比，其吸光范围广、光吸收系数大且具有可调控结构，其吸光范围、能阶及溶解度皆可以依照目标需求做调整，另外有机材料在元件制作上具有低成本、可挠曲性、毒性较低及可大面积生产的优点，使有机光电材料在各个领域都具有良好的竞争性。此类化合物的应用范围十分广泛，包含有机场效应晶体管(Organic field
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effect transistor，OFET)、有机发光二极管(Organic light
‑
emitting diode，OLED)、有机光传感器(Organic photodetector，OPD)、有机光伏(Organic photovoltaic，OPV)电池、传感器、存储元件和逻辑电路的各种元件或元件中。其中有机半导体材料于上述应用的各元件或元件中，通常以薄层的形式存在，其厚度约为50nm至1μm。
[0003]有机光传感器(OPD)为近年新兴的有机光电领域，此类装置可侦测环境中的各种光源，并应用于如医疗照护、健康管理、智能驾驶、无人空拍机或数字化家庭等各种领域，因此依据应用领域的不同而有不同的材料需求，且由于使用有机材料，使装置具备良好的可挠曲性。受益于现今材料科学的发展，OPD不仅可制成薄层，也可针对特定波长进行吸收；而目前市面上的产品依据光源不同，需要吸收的光线波段也各异，因此利用有机材料具有吸光范围可调控性，能有效针对需要的波段进行吸收而达到降低干扰的效果，且有机材料的高消光系数也能有效的提高侦测效率。近年来OPD的发展从紫外线、可见光，逐渐发展至近红外线(Near
‑
infrared,NIR)。
[0004]其中，有机光传感器中的主动层材料直接影响元件效能，因此扮演重要角色，而其材料可分为供体与受体两部分。供体材料方面常见的材料包含有机聚合物、低聚物或小分子单元，现今以发展D
‑
A型的共轭聚合物为主流，藉由其聚合物中多电子单元与缺电子单元间交互作用而形成的推—拉电子效应，可用来调控聚合物的能阶与能隙；而搭配的受体材料通常为具有高导电度的富勒烯衍生物，其吸光范围大约在400
‑
600nm，此外亦包含石墨烯、金属氧化物或量子点等，或是近年来逐渐兴起的非富勒烯有机化合物及其衍生物等。
[0005]在智能驾驶、无人空拍机领域中，为了避免讯号过强的可见光干扰，发展趋势为采用NIR吸收波段；并且为了有更好的穿透度和长距离侦测性质，应用波长需超过1000nm。因应逐渐提高的应用领域需求，所采用的光电元件需要有更高的响应度(Responsivity)和更低的暗电流密度(Dark Current Density,J
d
)。另外，对应各国环保法规要求和良好加工操作性的要求，材料制程中必须尽可能使用对环境友善的溶剂，利于湿式制程操作。现今具有
相关潜力的有机半导体材料，有使用供体
‑
受体架构的聚合物类型者，或是小分子类型者，仅在<1000nm的吸光范围有良好表现，而吸收范围>1000nm的材料其元件表现不彰。目前较具竞争力的聚合物型有机半导体材料，如J.Mater.Chem.C,2020,8,10098
‑
10103前案所揭示，即使可应用于大于1000nm的范围，但在700nm波段有光电响应低落的问题而形成严重缺口，难以做到全波段皆有良好响应的效果。另外，由于本领域常用的P3HT聚合物分子容易形成堆栈，必须使用添加剂避免堆栈产生以降低所制备的有机光电元件的暗电流密度，但添加剂的使用会导致元件稳定度下降，影响有机光电元件的使用寿命。进一步而言，此类有机半导体材料在湿式加工所使用的溶剂主要为含卤素的有机溶剂，对环境造成负面影响，因此，开发一种在红外光具有更优异的光响应性能、更佳的电性表现、材料分子不易形成堆栈且不须使用含卤素的有机溶剂进行操作的有机半导体化合物，是有其需求。

技术实现思路

[0006]鉴于上述对于现今材料不足处的问题，本专利技术的目的为提供一种新的有机半导体化合物，特别是一种p型有机半导体化合物，其可克服来自先前技术的有机半导体化合物的缺点，及提供一或多个上述有利特性，特别是可藉由适合量产的方法来合成、具备包含大于1000nm波长范围的全波段光响应性能、具有良好的元件效率、以及在生产制程中分子不易形成堆栈、以及表现出良好的加工性和对环境友善的溶剂的良好溶解度，有利于使用溶液加工法大规模制造。
[0007]本专利技术的另一目的，为提供一种新的有机光电元件，其中该元件包含本专利技术的有机半导体化合物，具有宽广波段的光响应性能，其范围涵盖紫外光
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可见光
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近红外光、更低的暗电流密度、以及优异的侦测度。
[0008]为了达到上述的目的，本专利技术提供一种有机半导体化合物，以下式表示：其中，A0为一拉电子基团；A1、A2为不同于A0的相同或不同的拉电子基团；Ar0、Ar1、Ar2、π0、π1、π2各自独立为相同或不同的推电子基团；d、e、f为各自独立的选自0到5的整数；以及a,b,c为实数且a+b+c＝1，其中0<a≤1，0<b≤1，0<c≤1。
[0009]为了达到上述的另一目的，本专利技术进一步是关于一种有机光电元件，其包含：一基板；一电极模块，其设置于基板之上，该电极模块包含一第一电极和一第二电极；以及一主动层，设置于该第一电极和该第二电极之间，该主动层的材料包含至少一种如本专利技术的有机化合物；其中该第一电极和该第二电极的至少一者为透明或半透明。
附图说明
[0010]图1A
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1F：其为本专利技术的有机光电元件的结构示意图；图2A
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2B：其为本专利技术的有机半导体化合物的溶液态和薄膜态的吸收光谱；图3A
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3B：其为本专利技术的有机光电元件的实验结果图表；以及图4A
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4B：其为本专利技术的有机光电元件的实验结果图表。【图号对照说明】
10有机光电元件100基板110电极模块112第一电极114第二电极120主动层130第一载子传递层140第二载子传递层
具体实施方式
[0011]为了使本专利技术的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
[0012]本专利技术的有机半导体化合物除了易于合成，并且在生产装置的制程中表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机化合物，其特征在于，以下式表示：其中，A0为一拉电子基团；A1、A2为不同于A0的相同或不同的拉电子基团；Ar0、Ar1、Ar2、π0、π1、π2各自独立为相同或不同的推电子基团；d、e、f为各自独立的选自0到5的整数；以及a,b,c为实数且a+b+c＝1，其中0<a≤1，0<b≤1，0<c≤1。2.如权利要求书1的有机化合物，其特征在于，其中Ar0、Ar1、Ar2、π0、π1、π2分别选自由以下基团组成的群组：其中R0‑
R3选自由以下基团组成的群组：氢原子、卤素、氰基、C1～C30的直链烷基、C3～C30的支链烷基、C1～C30的硅烷基、C2～C30的酯基、C1～C30的烷氧基、C1～C30的烷硫基、C1～C30的卤代烷基、C2～C30的烯烃、C2～C30的炔烃、C2～C30的经氰基取代的烷基、C1～C30的经硝基取代的烷基、C1～C30的经羟基取代的烷基、和C3～C30的经酮基取代的烷基、未经取代的芳香环、未经取代的杂环、未经取代的稠环、未经取代的稠杂环、经一个或多个R
a
取代的芳香环、经一个或多个R
a
取代的杂环、经一个或多个R
a
取代的稠环、和经一个或多个R
a
取代的稠杂环；以及R
a
为选自以下基团组成的群组：氢原子、卤素、氰基、C1～C30的直链烷基、C3～C30的支链烷基、C1～C30的硅烷基、C2～C30的酯基、C1～C30的烷氧基、C1～C30的烷硫基、C1～C30的卤代烷基、C2～C30的烯烃、C2～C30的炔烃、C2～C30的经氰基取代的烷基、C1～C30的经硝基取代的烷基、C1～C30的经羟基取代的烷基、和C3～C30的经酮基取代的烷基。3.如权利要求书1的有机化合物，其特征在于，其中A0选自由以下基团组成的群组：
其中Ar3与Ar4分别选自以下基团组成的群组：未经取代的芳香环、未经取代的杂环、未经取代的稠环、未经取代的稠杂环、经一个或多个R
a
取代的芳香环、经一个或多个R
a
取代的杂环、经一个或多个R
a
取代的稠环、和经一个或多个R
a
取代的稠杂环；Ar5为选自以下基团组成的群组：氢原子、卤素、氰基、C1～C30的直链烷基、C3～C30的支链烷基、C1～C30的硅烷基、C2～C30的酯基、C1～C30的烷氧基、C1～C30的烷硫基、C1～C30的卤代烷基、C2～C30的烯烃、C2～C30的炔烃、C2～C30的经氰基取代的烷基、C1～C30的经硝基取代的烷基、C1～C30的经羟基取代的烷基、和C3～C30的经酮基取代的烷基、未经取代的芳香环、未经取代的杂环、未经取代的稠环、未经取代的稠杂环、经一个或多个R
b
取代的芳香环、经一个或多个R
b
取代的杂环、经一个或多个R
b
取代的稠环、和经一个或多个R
b
取代的稠杂环；R
a
和R
b
各别选自以下基团组成的群组：氢原子、卤素、氰基、C1～C30的直链烷基、C3～C30的支链烷基、C1～C30的硅烷基、C2～C30的酯基、C1～C30的烷氧基、C1～C30的烷硫基、C1～C30的卤代烷基、C2～C30的烯烃、C2～C30的炔烃、C2～C30的经氰基取代的烷基、C1～C30的经硝基取代的烷基、C1～C30的经羟基取代的烷基、和C3～C30的经酮基取代的烷基；以及g为选自1到8的正整数。4.如权利要求书1的有机化合物，其特征在于，其中A1选自由以下基团组成的群组：
其中R4‑
R6选自由以下基团组成的群组：氢原子、卤素、氰基、C1～C30的直链烷基、C3～C30的支链烷基、C1～C30的硅烷基、C2～C30的酯基、C1～C30的烷氧基、C1～C30的烷硫基、C1～C30的卤代烷基、C2～C30的烯烃、C2～C30的炔烃、C2～C30的经氰基取代的烷基、C1～C30的经硝基取代的烷基、C1～C30的经羟基取代的烷基、和C3～C30的经酮基取代的烷基、未经取代的芳香环、未经取代的杂环、未经取代的稠环、未经取代的稠杂环、经一个或多个R
a
取代的芳香环、经一个或多个R
a
取代的杂环、经一个或多个R
a
取代的稠环、和经一个或多个R
a
取代的稠杂环；X选自O、S、或Se；Ar6与Ar7分别选自以下基团组成的群组：未经取代的芳香环、未经取代的杂环、未经取代的稠环、未经取代的稠杂环、经一个或多个R
a
取代的芳香环、经一个或多个R
a
取代的杂环、经一个或多个R...

【专利技术属性】
技术研发人员：李威龙，萧育堂，蔡佳桦，廖椿毅，
申请(专利权)人：天光材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：