유기 전자 제품의 효율성 향상

"이중 도핑"은 추가 이물질없이 유기 전도체의 전도성을 증가시킵니다.

소위 이중 도핑은 유연한 유기 태양 전지 (왼쪽), 전자 종이 및 전자 직물을 더 잘 만들 수 있습니다. © Johan Bodell / Chalmers University of Technology, Epishine AB 태양 전지
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하나가 아닌 두 개의 전자 : 연구자들은 유기 반도체를 두 배나 효율적이고 놀랍도록 간단한 방법으로 발견했습니다. 폴리머와 삽입 된 외부 분자의 올바른 조합으로 인해, 이들은 하나가 아닌 두 개의 전하 캐리어를 반도체에 제공합니다. 네이쳐 머티리얼 스 (Nature Materials) 저널의 과학자에 따르면, 이 이중 도핑은 미래에 유기 전자 기기를 훨씬 더 효과적으로 만들 수 있다고한다.

LED, 태양 전지 또는 컴퓨터 프로세서 여부 : 현대 전자 제품의 핵심은 일반적으로 외부 원자의 표적 삽입을 통해 원하는 전자 특성을 전개하는 반도체 재료입니다. 유기 태양 전지 또는 OLED 디스플레이에 사용되는 유기 반도체에서도 이러한 소위 도핑은 중요한 역할을합니다. 널리 알려진 가정에 따르면, 각각의 불순물 원자는 최대 하나의 전하 운반체, 예를 들어 전자를 제공하여 전도도를 증가시킨다.

여기서의 문제 : 도핑의 정도는 임의로 상향으로 증가 될 수 없기 때문에, 유기 반도체의 전도성은 현재 제한되어있다. 그것들은 무기 대응 물보다 덜 효과적이므로, 예를 들어 유기 태양 전지는 지금까지 효율이 낮습니다. 따라서 과학자들은 전 세계적으로 유기 반도체의 효과를 높일 수있는 방법을 찾고 있습니다.

고분자 반도체의 이중 전자 흡수

스웨덴 찰머스 대학교 (Chalmers University)의 데이비드 키퍼 (David Kiefer)는 놀랍도록 간단하고 효과적인 솔루션을 발견 할 수있었습니다. 그들의 아이디어 : 그들은 하나의 전하 운반체 대신에 두 개의 분자를 생성하기 위해 일반적인 도핑 분자를 만들었다. 키퍼는“이러한 이중 도핑은 반도체를 두 배 더 효과적으로 만든다”고 말했다.

기본 원리는 폴리머 재료와 유기 도펀트 분자의 올바른 조합이 선택되면 두 개의 전자가 산재 된 외부 분자로 이동한다는 것입니다. 결과적으로, 이 분자들은 이중 음전하 이온이되어 연구자들이 발견 한 바와 같이 반도체에 2 개의 전하 운반체를 제공한다. 디스플레이

일반적인 폴리머 및 도펀트와 함께 가능

실험에서 알 수 있듯이, 이 이중 도핑은 가능한 가장 낮은 이온화 에너지를 가진 폴리머가 사용되는 한 몇 가지 일반적인 도핑 분자와 함께 작동합니다. 키퍼와 그의 동료들은“이러한 폴리머 필름이 4 중량 %의 F4TCNQ로 도핑 될 때 전하 이동이 일어나서 이오니아 분자로서 도펀트 분자의 90 %를 발생시킨다.

첫 번째 실험에서 연구원들은이 이중 도핑이 작동하는 4 가지 다른 폴리머와 도핑 분자 조합을 발견했습니다. "이것은 이것이 상응하는 에너지 수준을 가진 광범위한 유기 반도체에 적용되는 원리임을 암시한다"고 연구원들은 말했다.

유기 태양 전지 및 공동의 중요한 단계

키퍼 (Kiefer)와 그의 팀에 따르면이 이중 도핑은 유기 반도체의 효율을 향상시킬 수있는 완전히 새로운 가능성을 열어 준다. Kiefers의 동료 인 Christian M.ller는“특히 유기 태양 전지나 유기 회로의 경우 실리콘 기반 전자 제품만큼 도핑 할 수 없었습니다. "우리의 접근 방식은 이제 올바른 방향으로 나아가고 있습니다."

이중 도핑은 이물질 분자의 효과를 두 배로 증가시킬 수 있기 때문에 더 많은 분자가 물질에 뿌려지지 않아야한다. 결과적으로, 중합체 기반 전자 부품은 미래에 훨씬 더 효과적 일 수있다. Kent State University의 Bjørn L. 함께 논평에. (Nature Materials, 2019; doi : 10.1038 / s41563-018-0263-6)

출처 : 찰머스 공과 대학교

-나자 포드 브레 가르