Kontrolle der organischen Halbleiter-Bandlücken durch Elektronenakzeptor-Fluorierung

Fluorierte Elektronenakzeptoreinheit für organische Hochleistungshalbleiter

19.10.2018 - Japan

Organische Halbleitermaterialien haben das Potenzial, in innovativen Anwendungen wie transparenten und flexiblen Bauelementen eingesetzt zu werden, und ihre niedrigen Kosten machen ihren möglichen Einsatz besonders attraktiv. Die Eigenschaften von organischen Halbleitermaterialien können abgestimmt werden, indem ihre Struktur auf molekularer Ebene durch Teile der Struktur gesteuert wird, die als elektronenakzeptierende Einheiten bezeichnet werden. Eine Gruppe von Forschern, die an der Universität Osaka angesiedelt sind, hat eine elektronenakzeptierende Einheit speziell zugeschnitten, die dann erfolgreich in einem organischen Halbleiter eingesetzt wurde, der in Solarzellenbauelementen mit hoher Photovoltaikleistung eingesetzt wurde.

" Elektronenakzeptierende Einheiten sind wichtige Elemente organischer Halbleiter", sagt der entsprechende Autor Yoshio Aso. "Durch die kontrollierte Zugabe von elektronegativen Fluorgruppen zu einem weit verbreiteten elektronenaufnehmenden Material konnten wir eine präzise Steuerung der Energieniveaus innerhalb des resultierenden Halbleiters zeigen. Diese Fähigkeit, die Bandlücke abzustimmen, führt zu einer Selektivität bei der Injektion und dem Transport von Löchern und/oder Elektronen innerhalb des Materials, was für mögliche Anwendungen wichtig ist."

Die fluorierte Elektronenakzeptoreinheit wurde zur Herstellung einer Dünnschichtsolarzelle verwendet, die mit einer Zelle auf Basis eines nicht fluorierten Analogs verglichen wurde. Die Forscher fanden heraus, dass das fluorierte Material einen verbesserten Wirkungsgrad von bis zu 3,12% aufweist. Auch die Morphologie des fluorierten Films erwies sich als gut, was die effiziente Ladeerzeugung und den Transport unterstützte, die für eine erfolgreiche Anwendung notwendig sind.

"Je mehr wir das Verhalten organischer Halbleiter auf molekularer Ebene feinabstimmen können, desto mehr Möglichkeiten gibt es, ihre makroskopischen Anwendungen zu demonstrieren", sagt Co-Autor Yutaka Ie. "Wir hoffen, dass die Bandlückenkontrolle und die hohe Photovoltaikleistung, die wir demonstriert haben, dazu führen werden, dass unser Material in Geräten wie organischen lichtemittierenden Dioden, Feldeffekttransistoren und Dünnschichtsolarzellen eingesetzt wird."

Die einfache Demonstration des Zusammenhangs zwischen hoher Elektronegativität, größerer elektronenannehmender Tendenz und verbesserter Halbleiterleistung zeigt sowohl das Potenzial als auch die Vielseitigkeit organischer Halbleiter. Weitere elegante Lösungen wie diese könnten das Spektrum der ƒÎ-konjugierten Materialien erheblich erweitern und die Argumente für die organische Elektronik stärken.

Originalveröffentlichung

Shreyam Chatterjee, Yutaka Ie, Takuji Seo, Taichi Moriyama, Gert-Jan A. H. Wetzelaer, Paul W. M. Blom & Yoshio Aso; "Fluorinated naphtho[1,2-c:5,6-c’]bis[1,2,5]thiadiazole-containing π-conjugated compound: synthesis, properties, and acceptor applications in organic solar cells"; NPG Asia Materials; 2018

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