器件传输材料组合物的制备方法、组合物、包含其的传输层和包含传输层的电子器件技术

本发明专利技术涉及一种用于制造用作电子设备的传输材料的组合物的方法，该方法包括以下步骤：a)提供一种第一有机半导体；b)提供一种自由基化合物；c)提供一种偶极矩至少6.0德拜的极性化合物；d)混合所述第一有机半导体、所述自由基化合物和以获得所述组合物。自由基化合物和以获得所述组合物。自由基化合物和以获得所述组合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】器件传输材料组合物的制备方法、组合物、包含其的传输层和包含传输层的电子器件


[0001]该专利专利技术了一种用于制造用作器件的传输材料的组合物的方法，通过这种方法获得的组合物，包括这种组合物的传输层和包括这种传输层的电子器件。

技术介绍

[0002]在过去的几个世纪里，快速运行和发展的社会带来了能源消耗的稳步增长。时至今日，大部分的能源供给仍然依赖于不可再生资源。由于我们已经日趋接近地球资源的消耗极限，同时也面临着由于资源消耗方法不当带来的严重环境问题，因此对可持续和可再生能源的关注和发展变得越来越重要。在目前的可持续能源利用方案中较为成熟的就是利用最大的能量源——太阳，的太阳能电池。
[0003]尽管目前太阳能电池的能源产量只占世界总产量的0.1％，但作为市场主体的硅基太阳能电池的功率转换效率(PCE)已超过24％，并且每年装机量都在快速增长。决定太阳能电池商业化的主要推动因素主要包括高能量转换效率和低制备成本。近期快速发展的钙钛矿太阳能电池能量转换效率也超过了25％，同时相比硅基电池，制备工艺更加简单，成本更低；且轻便可柔性并易于和基于其他材料的器件集成。这些优势使得钙钛矿太阳能电池成为了硅基电池的有力竞争者。
[0004]太阳能电池的基本原理是让入射光在光敏材料中被吸收并激发出载流子，由内建电场驱动载流子定向移动从而产生电流。典型的钙钛矿太阳能电池器件通常由五层构成，包括透明导电氧化物电极、电子传输层、光吸收钙钛矿材料层、空穴传输层和金属电极。在太阳光照射下时，钙钛矿层吸收光子产生激子(电子r/>‑
空穴对)，即一种由库仑相互作用结合在一起的准粒子。由于钙钛矿材料的激子结合能很小，这些电子
‑
空穴对很容易分离。然而，产生的电子和空穴可能在材料内随机扩散并最移向错误的电极，与其对应物重新结合，从而构成能量损失。为了防止这种能量损失并促进电荷的定向传输，空穴传输层(HTL)和电子传输层(ETL)通常会被制备在钙钛矿活性层的两边，去构建内建电场并选择性地收集传输某一种载流子(电子或空穴)到两边电极，最终形成这样一个典型的钙钛矿太阳能电池器件的结构。鉴于此，传输层，空穴传输层(HTL)和电子传输层(ETL)，对于促进光电器件，如钙钛矿/有机太阳能电池/发光二极管等，的光生载流子的分离及选择性传输至关重要。有机半导体是一类目前主要被广泛用作运输层的的材料。然而，通常情况下还需要添加剂来进一步增强有机物半导体的载流子迁移率。例如，当2,2'，7,7'
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四[N，N
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二(4
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甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
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螺二芴(Spiro
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OMeTAD)用作空穴传输材料中，需要使用添加剂Li[(CF3SO2)2N](LiTFSI)和4
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叔丁基吡啶(tBP)增强其空穴选择和输运的能力。然而，包含添加剂的混合物也存在明显缺点。特别是LiTFSI吸水，tBP易挥发，稳定性差，容易导致设备退化。此外，这种添加剂充分起作用还需要长时间的后氧化过程(10
‑
24小时)，这会增加器件的制备周期。同时，后氧化效率和速率很大程度上取决于环境湿度和光照，需要小心控制。此外，各组分之间反应过程中产生的杂质也会对实现设备的高效率和高稳定性、形成阻碍。
[0005]WO2018/105431描述了一种光电转换元件，包括一个基板，设置在基板上的一个透明电极，设置在第一透明电极上的空穴阻挡层，设置在空穴阻挡层上的并在表明吸附有光敏半导体化合物的电子传输层，与电子传输层连接的空穴传输层和设置在空穴传输材料上的第二个电极传输层。在WO2018/105431中提到的的光电转换元件中，作为载流子提取输出的终端部分，具有空穴阻隔作用的空穴阻挡层还能够有效抑制作为第一导电电极的ITO由于激光加工等过程剥离脱落造成的电阻增加。从而可以降低载流子提取电阻得到较高的输出电流。同时，一种氧化剂也会被加入到空穴传输层材料中将部分空穴传输材料氧化为自由基阳离子。不过，这种氧化添加剂的引入就会如上文所述，带来湿度敏感性的增加和较长的氧化时间和制备周期这类问题。
[0006]鉴于上述情况，有必要发展一种改进的方法去制造可用作电子器件中传输层材料的组合物，以消除现有技术的缺点。

技术实现思路

[0007]此专利技术创造了一种用于电子器件传输层材料组合物的制备方法，所述方法具体步骤包括：
[0008]a)提供一种第一有机半导体材料
[0009]b)提供一种自由基化合物
[0010]c)提供一种偶极矩大于6.0德拜(debye,D)的极性化合物
[0011]d)将上述第一有机半导体材料，自由基化合物和极性化合物有效混合得到这一组合物。
[0012]由上可知，上述专利技术方法并不需要加入一种自由基诱发剂，如一些氧化剂，去生成自由基。因此该专利技术方法无需消耗时间(至少花费10小时)的后氧化处理。另外，该专利技术方法提升了空穴传输层对于湿度和温度的稳定性。这一专利技术方法还提供了一种几乎无杂质的组合物，这一点在过去从未被实现过，因为添加自由基诱发剂和对叔丁基吡啶(tBP)会不可避免地引入杂质。最后，这一专利技术方法只需要极少的添加剂的含量。
[0013]在这一制备的组合物的步骤d)中，第一有机半导体材料，自由基化合物，和极性化合物的比例可以从1:0.01:0.03到1:0.3:0.9，其中较优比例范围为1:0.05:0.15到1:0.08:0.2，最优比例为1:0.07:0.2。参照传统方法中两种添加剂和第一有机半导体材料的配比，通常为1:0.5:2到1:0.6:4，本专利技术方法更加节约高效。步骤d)的混合方法中，第一有机半导体，自由基化合物，极性化合物会按照上述比例混合并溶解于合适的一种溶剂或几种溶剂的混合体中。或者这些第一有机半导体，自由基化合物，极性化合物会被各自溶解在合适的一种溶剂或几种溶剂的混合体中，最后再加以混合。
[0014]第一有机半导体材料可以是共轭小分子或者共轭聚合物，像三苯胺，噻吩或三苯基膦。比如，第一有机半导体材料可以在下述2,2'，7,7'
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四[N，N
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二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴(Spiro
‑
OMeTAD)，聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺](PTAA)，聚(3
‑
己基噻吩)(P3HT),3,3
’‑
(2,7
‑
双(双(4
‑
甲氧基苯基)氨基)
‑
9H
‑
芴
‑
9,9
‑
二基)双(N
‑
乙基
‑
N，N
‑
二甲基丙烷
‑1‑
氨基)双(三氟甲磺酰基)酰亚胺(X44)，八(4
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造用作电子设备的传输材料的组合物的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供一种第一有机半导体；b)提供一种自由基化合物；c)提供一种偶极矩至少6.0德拜的极性化合物；d)混合所述第一有机半导体、所述自由基化合物和以获得所述组合物。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一有机半导体是共轭小分子或共轭聚合物。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一有机半导体包括三苯胺、噻吩或三苯基膦。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一有机半导体选自2,2'，7,7'
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四[N，N
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二(4
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甲氧基苯基)氨基]
‑
9,9'
‑
螺二芴(Spiro
‑
OMeTAD)，聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺](PTAA)，聚(3
‑
己基噻吩)(P3HT),3,3
’‑
(2,7
‑
双(双(4
‑
甲氧基苯基)氨基)
‑
9H
‑
芴
‑
9,9
‑
二基)双(N
‑
乙基
‑
N，N
‑
二甲基丙烷
‑1‑
氨基)双(三氟甲磺酰基)酰亚胺(X44)，八(4
‑
甲氧基苯基)螺[芴
‑
9,9'
‑
蒽]
‑
2,2'，7,7'
‑
四胺)(X60)，吲哚二硫代噻吩甲氧基三苯胺(IDTT
‑
TPA)，聚[N
‑
90
‑
庚烷基
‑
2,7咔唑
‑
alt
‑
3,6
‑
双(噻吩
‑5‑
基)
‑
2,5
‑
二辛基
‑
2，5
‑
二氢吡咯并[3,4]吡咯
‑
1,4
‑
二酮](PCBTDPP)，苯基二吡喃氧化膦(POPy2)其中的一种或几种的混合。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中自由基化合物是一个自由基...

【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，王锋，张天恺，胡张军，
申请(专利权)人：王锋张天恺胡张军，
类型：发明
国别省市：