低帯域ギャップのディチエノシロール-ベンゾチアジアゾール共ポリマーにおける電荷輸送を指向する合成原理
Pierre M Beaujuge1, Hoi Nok Tsao, Michael Ryan Hansen
1The George and Josephine Butler Polymer Research Laboratory, Center for Macromolecular Science and Engineering, Department of Chemistry, University of Florida, Gainesville, Florida 32611, USA.
研究者らは,複数のデバイス用の新しい有機半導体を開発した. 最適化された分子量とサイドチェーン置換により,有機薄膜トランジスタ (OTFT) と有機光伏 (OPV) デバイスの性能が著しく改善されました.
科学分野:
- マテリアルサイエンス 材料科学
- オーガニック・エレクトロニクス
- ポリマー化学のポリマー化学について
背景:
- 有機薄膜トランジスタ (OTFT) や有機光伏 (OPV) 装置などの多様なアプリケーションのための有機半導体の設計は,異なる動作原理のために困難です.
- "ドナー-受容者"戦略は,有機半導体材料の設計のための一般的なアプローチです.
研究 の 目的:
- OTFTとOPVの両方で潜在的な使用のために,溶液処理可能なπ結合ポリマーの一連の設計と合成を行う.
- これらのポリマーの性能を異なるデバイス構成で支配する構造-特性関係を調査する.
- 分子構造,処理,固体状態の順序を電子特性とデバイス性能と相関させる.
主な方法:
- ディチエノシロール (DTS) と2,1,3-ベンゾチアディアゾール (BTD) を含むπ結合ポリマーの合成.
- 密度関数理論 (DFT) の計算は,バックボーン幾何学と波動関数のデロカライゼーションを理解するためのものです.
- X線技術 (2D-WAXS,XRD),固体NMR (SS-NMR),原子力顕微鏡 (AFM) で構造を特徴付けている.
- pチャネルOTFTおよび大量ヘテロジュンクションOPV装置の製造および試験.
主要な成果:
- ポリマー構造,分子量,サイドチェーン工学,固体状態の順序の間の相関が実証された.
- OTFTにおけるフィールド効果の穴の移動性を大幅に改善し,最適化されたポリマーで0.1cm2/Vsまで到達しました.
- スペース・チャージ・リミテッド (SCL) 穴の移動性が改善され (10−3 cm2/Vsに近づく) OPVデバイスの電力変換効率 (約4.6%) が観察されました.
- ポリマーの包装がイオン化ポテンシャルに大きく影響することを発見した.
結論:
- 分子重量とサイドチェーンの置換は,微細構造の秩序を制御し,有機半導体における電荷輸送を強化するために重要である.
- 設計されたポリマーは,OTFTとOPVの両方のアプリケーションで有望な性能を示し,その汎用性を強調しています.
- 分子設計,固体包装,デバイス性能の相互作用を理解することは,有機電子技術の進歩に不可欠です.
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