(SeaPRwire) –   日本筑波, 2024年2月6日 — 材料纳米结构研究中心(MANA)的研究人员提出了一种掺杂方法,可以实现有机半导体的准确和一致的导电性。

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聚合物有机半导体是发展柔性电子设备的重要材料。然而,使用当前的掺杂方法实现一致的导电性还是一个挑战。掺杂过程涉及通过还原反应向半导体添加掺杂剂来增加载流子密度。但是,这个过程对反应大气和杂质,特别是水很敏感,水会使掺杂剂失效。

在一项新研究中,MANA的杨义博士领导的研究小组,与MANA的石井正树博士(第一作者)合作,开发了一种简单的掺杂方法,可以产生预期导电性的有机半导体。这种方法基于生物化学过程中观察到的质子耦合电子转移反应(PCET)。

在PCET反应中,质子和电子同时在两个分子之间转移。这种反应提供了一种方式,通过鼓励分子从半导体接收电子来将有机半导体转变为P型掺杂状态。在掺杂过程中,研究人员将PBTTT有机半导体浸入含有苯醌(BQ)、对苯二酚(HQ)和疏水分子阴离子的水溶液中。BQ从水溶液接收质子以及从PBTTT接收电子。PBTTT有机半导体失去的电子增加了其中的空穴数量,改变了其导电性。

这种方法的优点在于其可重复性和pH值依赖的可控性。通过调节溶液的pH值可以精确控制掺杂量,进而控制导电性。杨义博士说:”半导体的费米能级可以通过掺杂溶液的pH值精确和可重复地调节。”此外,这种精确的掺杂首次在室内条件下进行,表明其具有前所未有的可扩展性,适用于设备制造。

这种创新性的掺杂方法为开发柔性和稳定的电子设备,如无线传感器、能量收集模块、生物分子设备、显示器和太阳能电池,提供了一种低成本的方法。

研究亮点第86期

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