化學(xué)科學(xué)學(xué)院張鳳嬌課題組與合作者在有機(jī)電子器件研究中的最新進(jìn)展
有機(jī)半導(dǎo)體（OSC）分子靠弱相互作用堆積，顯示出豐富的光電性質(zhì)。通過施加外電場(chǎng)或化學(xué)摻雜可以很大程度上調(diào)控其電學(xué)性質(zhì)，促使該類材料在有機(jī)電子學(xué)中的應(yīng)用探索取得了蓬勃發(fā)展。分子堆積取向是決定聚合半導(dǎo)體電荷傳輸性能的重要因素，是有機(jī)電子學(xué)研究的重要方向之一。溶液加工可以實(shí)現(xiàn)低成本大面的薄膜制備，但在共軛聚合物組裝結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)控中仍面臨重大挑戰(zhàn)，限制了OSC的電荷傳輸性能研究。
我院張鳳嬌課題組與美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校刁瑩課題組通過溶液加工技術(shù)調(diào)控聚合物DPP-BTz共軛骨架的堆積取向，系統(tǒng)研究了聚合物分子堆積取向影響的界面摻雜作用與電荷傳輸性能，為有機(jī)電子器件應(yīng)用研究提供了新策略。結(jié)合形貌表征和電學(xué)性能的檢測(cè)，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)更多的分子共軛平面平行于襯底時(shí)，化學(xué)摻雜誘導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物吸收峰更強(qiáng)，且費(fèi)米能級(jí)移動(dòng)加大。有意思的是，通過該摻雜處理促進(jìn)OFETs遷移率的增加隨著分子平躺堆積的比例線性增大。他們揭示聚合物薄膜內(nèi)共軛骨架平躺排列時(shí)，共軛平面直接暴露于摻雜劑表面，形成更多的作用位點(diǎn)，促進(jìn)本體分子與摻雜劑之間的電荷轉(zhuǎn)移，并且在較低的摻雜濃度下即可形成有效摻雜。此外，他們推測(cè)共軛骨架平躺的堆積取向還有利于垂直方向的電荷傳輸，這主要是因?yàn)榇怪狈较虻鸟詈?。轉(zhuǎn)移的電荷傳輸?shù)綄?dǎo)電溝道后，通過填充缺陷提高載流子傳輸遷移率。而當(dāng)分子站立在襯底上時(shí)，摻雜劑與半導(dǎo)體之間的電荷轉(zhuǎn)移效果弱，且長烷基鏈形成的“絕緣”效果阻礙電荷向下傳輸，所以難以有效地提高器件的遷移率。通過對(duì)分子堆積取向的優(yōu)化，界面摻雜可以帶來器件遷移率最大?5倍的變化。
上述結(jié)果表明通過調(diào)控有機(jī)聚合物共軛骨架的堆積取向可以從根本上控制表面化學(xué)摻雜的效果，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)載流子傳輸?shù)膬?yōu)化。此項(xiàng)研究為化學(xué)摻雜和有機(jī)半導(dǎo)體的光電性能研究提供新方法，促進(jìn)有機(jī)電子器件拓展吸引人的功能應(yīng)用研究。相關(guān)論文在線發(fā)表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.202002823)上。
參考文獻(xiàn)鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002823
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