Світло дає можливість "неможливого" допінгу органічних напівпровідників - Гельмгольц-Центр Берлін
Застосування в світлодіодах або сонячних елементах
Легування органічних напівпровідників негативними зарядами є особливо складним. Зараз німецько-американська дослідницька група вдалася до хитрості: на першому кроці вони з'єднали чутливі молекули донора заряду (n-допанти) попарно, утворюючи димери, які є набагато стабільнішими. Ці димери могли вбудовуватися в органічні напівпровідники, але не сприяли провідності. Це змінилося після короткого впливу світла. Команда показала, що світло в багатоетапному процесі знову розщеплює димери на окремі молекули n-допантів. Це збільшило провідність органічного напівпровідника в сто разів. Тепер результати опубліковані в Nature Materials.
Напівпровідникові компоненти використовуються скрізь, не тільки в мікросхемах, але і в сонячних елементах, які перетворюють світло в електричну енергію, і в багатьох інших повсякденних додатках. В останні роки органічні напівпровідникові матеріали також все частіше досліджуються та отримують подальший розвиток. Їхні властивості також засновані на цілеспрямованому включенні невеликої кількості чужорідних атомів або молекул, що робить їх провідність точно регульованою.
Однак для цікавих застосувань потрібні як так звані р-леговані, так і н-леговані напівпровідникові шари, які поєднуються між собою, утворюючи відповідні компоненти. Однак в органічних напівпровідниках надзвичайно важко досягти легування типу n. Оскільки для цього потрібно включити певний клас органічних молекул, які дуже швидко розкладаються в умовах навколишнього середовища (кисень, волога).
Два кроки до успіху
У нещодавній статті в Nature Materials німецько-американська команда спробувала новий підхід до легування органічних напівпровідників n-молекулами. До роботи були залучені групи з Джорджійського технологічного інституту, Прінстонського університету, Берлінського університету імені Гумбольдта та Берлінського центру Гельмгольца.
Новий підхід складається з двох етапів. На першому етапі металоорганічні молекули, n-допанти, поєднувались, утворюючи так званий димер. На відміну від вихідних молекул, ця зв'язана молекула є відносно стабільною і може бути введена в органічний напівпровідник без руйнування; однак він не підходить як n-допант і не видає негативних зарядів.
Революційним другим кроком було пролити світло на суміш. У багатоступеневому процесі падаючі фотони знову розщеплюють димери на активні вихідні молекули, які потім можуть повністю розвинути свій ефект у вигляді n-легуючих речовин.
Підвищена електропровідність і термін служби
«Активуючи легуючі речовини світлом, ми змогли збільшити провідність органічних напівпровідників на п’ять порядків! Це може значно підвищити ефективність органічних світлодіодів та сонячних елементів », - говорить професор Антуан Кан з Принстонського університету, який координував проект.
«Це дослідження дозволяє набагато простіше виготовляти органічні напівпровідникові матеріали, що легуються n, для широкого спектру застосувань. Критичний етап - а саме розщеплення димерних молекул світлом - може також мати місце після інкапсуляції - так що легуючі молекули залишаються захищеними. Це також збільшить термін служби таких компонентів », - пояснює професор Норберт Кох, який очолює спільну дослідницьку групу« Молекулярні системи »в HU Берлін та HZB.
Nature Materials (2017): Побиття термодинамічної межі з фотоактивацією n-легування в органічних напівпровідниках. Сінь Лінь, Бертольд Вегнер, Кюн Мін Лі, Майкл А. Фуселла, Фенгю Чжан, Карттікай Муджгіл, Баррі П. Ренд, Стівен Барлоу, Сет Р. Мардер, Норберт Кох та Антуан Кан