Органический полупроводник стал в 100 раз эффективнее благодаря «самоисчезающему» легированию
Исследователи разработали новый способ легирования органических полупроводников, который позволяет получить до 100 раз больше подвижных носителей заряда по сравнению с традиционными методами. Технология может повысить эффективность гибкой и носимой электроники, органической оптоэлектроники и термоэлектрических устройств. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Materials.
Изображение сгенерировано GeminiМетод получил название degradation-assisted doping (DAD) — легирование, усиленное разложением легирующего вещества. Его разработали ученые Университета Конкордия, Национального института научных исследований Канады (INRS) и Йоркского университета.
Органические полупроводники давно рассматриваются как основа для легких, гибких и печатных электронных устройств. Их можно наносить в виде тонких пленок, однако широкому применению мешает сравнительно низкая электропроводность. Обычно ее повышают с помощью легирования — введения специальных молекул, которые создают дополнительные носители заряда. Но по мере протекания реакции эффективность такого процесса быстро снижается.
DAD решает проблему необычным образом. После передачи электрона молекула легирующего вещества химически разрушается, а продукты ее распада перестают участвовать в дальнейшей реакции. Благодаря этому новые молекулы могут продолжать передавать заряд полупроводнику, не сталкиваясь с ограничениями, характерными для традиционного легирования.
В экспериментах ученые использовали органический полупроводник P3HT и трис (пентафторфенил)боран (BCF) в качестве легирующего вещества. После выполнения своей функции BCF начинал распадаться, а материал демонстрировал существенно более высокую электропроводность. В отдельных режимах количество подвижных носителей заряда удалось увеличить сразу на два порядка.
Чтобы подтвердить механизм работы, исследователи объединили несколько методов анализа, включая ядерный магнитный резонанс, оптическую и электронную спектроскопию, калориметрию и компьютерное моделирование химических реакций. Полученные результаты совпали с теоретическими расчетами.
Авторы считают, что открытие меняет сам подход к созданию легирующих веществ. Теперь важна не только способность молекулы эффективно передавать заряд, но и ее поведение после этого процесса. Если легирующее соединение вовремя «уходит с дороги», реакция может продолжаться значительно дольше и эффективнее.
© iXBT
