21.06.2022 - Osaka Metropolitan University

Wissenschaftler synthetisieren neuen photostabilen organischen Halbleiter

Erfolgreiche Entwicklung eines Pentacen-Derivats, das eine 100-mal höhere Lichtbeständigkeit als herkömmliche Produkte aufweist

Aufgrund ihrer hohen Lochbeweglichkeit sind Pentacen und seine Derivate die repräsentativen organischen Halbleiter und waren Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten, sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der angewandten Forschung. Insbesondere wird erwartet, dass sie in Halbleiterbauelementen wie Feldeffekttransistoren eingesetzt werden. Darüber hinaus haben organische Halbleiter den Vorteil, dass sie kostengünstig im Tintenstrahldruckverfahren hergestellt werden können und geringe Auswirkungen auf die Umwelt haben, da sie keine Metalle verwenden. Allerdings reagiert das Grundgerüst organischer Halbleiter wie Pentacen unter sichtbarem Licht leicht mit Sauerstoffmolekülen, was zu einem Verlust der nützlichen Eigenschaften führt.

Eine Forschergruppe unter der Leitung von Professor Yoshio Teki von der Graduate School of Engineering der Osaka Metropolitan University hat eine Fotostabilität erreicht, die mehr als 100-mal höher ist als die von TIPS-Pentacen, einem bekannten kommerziell erhältlichen Pentacen-Derivat, indem sie die Planarität des Moleküls erhöht und die Konjugation von π-Elektronen zwischen einem radikalischen Substituenten und dem Pentacen-Anteil verstärkt hat. Um den Mechanismus der bemerkenswerten Photostabilität aufzuklären, wurden gleichzeitig ultraschnelle transiente Absorptionsmessungen mit einem gepulsten Femtosekundenlaser durchgeführt, um die besondere Dynamik des angeregten Zustands dieses Systems zu klären. Sie konzentrierten sich auf den Pentacen-Anteil des Systems und stellten fest, dass der Übergang zwischen den Systemen mit einer ultraschnellen Geschwindigkeit (10-13 Sekunden) erfolgt, die in rein organischen Materialien ohne schwere Atome noch nie erreicht wurde. Außerdem wurde beobachtet, dass die anschließende ultraschnelle Deaktivierung zum Grundzustand innerhalb von etwa 10-10 Sekunden erfolgt.

"Die ausgezeichnete Photostabilität wurde durch Hinzufügen eines radikalischen Substituenten erreicht, der die Planarität der Moleküle erhöht und die Konjugation der π-Elektronen verstärkt", so Professor Teki. "In Zukunft möchten wir die Leistung von Feldeffekttransistoren überprüfen und sie als organische Halbleiter einsetzen."

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