(SeaPRwire) –   日本筑波, 2024年2月6日 — 研究中心材料奈米結構(MANA)的研究人員引進一種電子掺雜方法,可以實現有機半導體的精確和一致導電性。

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由聚合物組成的有機半導體對發展柔性電子設備很重要。然而,使用現有掺雜方法實現一致導電性仍然很具挑戰性。掺雜過程涉及通過氧化還原反應將掺雜劑添加到半導體中,以增加載子密度。但是,該過程易受反應大氣和雜質影響,尤其是水會使掺雜劑失活。

在一項新研究中,MANA的Yamashita博士帶領的研究小組,與MANA的Ishii博士(第一作者)合作,開發出一種簡單的掺雜方法,可以產生所需導電性的有機半導體。該方法基於生物化學過程中觀察到的質子耦合電子轉移反應(PCET)。

在PCET中,質子和電子同時在兩個分子之間轉移。這種反應提供一種方式,通過促進一個分子從半導體接收電子,將有機半導體轉換為p型掺雜狀態。在掺雜過程中,研究人員將PBTTT浸入含有苯醌(BQ)、羥基苯酚(HQ)和疏水分子陰離子的水溶液中。BQ從水溶液接收質子以及從PBTTT接收電子。PBTTT有機半導體中的電子轉移增加了有機半導體中的空穴數量,改變了其導電性。

該方法的優點在於其可重現性和pH值可控性。通過調節溶液的pH值,可以精確控制掺雜量,進而控制導電性。Yamashita博士表示:「半導體的費米能階可以通過掺雜溶液的pH值精確和可靠地調節。」此外,這種精確掺雜首次在室內空氣中進行,表明其擁有前所未有的可擴展性,適合製造設備。

這種創新掺雜方法為開發柔性且穩定的電子設備,如無線傳感器、能量收集模塊、生物分子設備、顯示屏和太陽能電池,提供了一種成本效益高的方法。

研究亮點第86卷

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