Tynde film af halvledende polymerer blev fremstillet med en overflade-initieret vækst, resulterer i en unik molekylær organisation. Polymerkæder voksede fra overfladen og foldede derefter for at danne bundter gennem filmens tykkelse. Bundterne var krystallinske og ca. 3 nanometer (nm) brede. De tilstødende laterale bundter var tæt pakket side om side, skabe en kompleks molekylær organisation. Denne kontrollerede arkitektur kunne bruges til at forbedre lysemitterende enheder og solceller. Kredit:Evgueni Nesterov, Louisiana State University
For at bygge bedre solceller, forskere skal designe materialer fra bunden og op, placere kæder af molekyler lige hvor de er nødvendige. Forskere udtænkte en ny måde at vokse pænt arrangeret, tæt pakket bundter af molekylære kæder, specifikt halvledende polymerkæder. Kæderne foldede på sig selv for at lave bundter, der strakte sig fra vækstpladen til filmens overflade. Bundterne blev pakket side om side med nabobundter. Denne bottom-up tilgang, begynde med byggestenene og skabe den større struktur, blev brugt til at lave store film med små mønstre. Filmene har kontrolleret arkitektur, ensartet samling og fremragende stabilitet.
De tynde film af halvledende polymerer har en unik struktur og er meget stabile. Filmene kan øge effektiviteten og levetiden for organiske lysemitterende enheder og solceller.
Traditionelle metoder ved hjælp af "top-down" løsningsbaseret behandling tillader typisk kun beskeden kontrol over den molekylære organisation og kædejustering af halvledende polymerer. Nu har et hold ledet af forskere ved Louisiana State University udviklet en "bottom-up" tilgang ved hjælp af overfladeinitieret vækst af en halvledende polymer kaldet polythiophene til at fremstille tynde film. Polythiophene er et lovende organisk elektronisk materiale. Omfattende strukturelle undersøgelser af de tynde film ved hjælp af røntgen- og neutronspredning afslørede detaljerede oplysninger om den unikke molekylære organisation og massens morfologi af filmene. Undersøgelserne fremmer også vores grundlæggende forståelse af polymerisationen. Bemærkelsesværdigt, polymerkæderne dannede tætpakkede laterale krystallinske domæner, der spænder over omkring 3 nanometer, med overvejende in-plan justering af de foldede polymerkæder inden for hvert domæne. At opnå en sådan kompleks mellemskalaorganisation er praktisk talt umuligt med traditionelle metoder, der er afhængige af opløsningsbehandling af præsyntetiserede polymerer. Denne unikke morfologi ville være særligt velegnet til applikationer, der kræver effektiv ladningstransport over filmene, såsom i solcelle- og lysemitterende enheder. Generelt, overflade-initieret polymerisation er ikke begrænset til polythiophen, men kan også udvides til andre klasser af halvledende polymerer og copolymerer.