Elektrisk forbedring:Ingeniører fremskynder elektroner i halvledere

Forskere fra Graduate School of Bio-Applications and Systems Engineering ved Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) har fremskyndet bevægelsen af ​​elektroner i organiske halvlederfilm med to til tre størrelsesordener. Den hurtigere elektronik kan føre til forbedret solenergi og transistorbrug rundt om i verden, ifølge forskerne. De offentliggjorde deres resultater i september-udgaven af Makromolekylær kemi og fysik .

Anført af Kenji Ogino, en professor ved Graduate School of Bio-Applications and Systems Engineering ved TUAT, Japan, holdet fandt ud af, at tilsætning af polystyren, almindeligvis kendt som styrofoam i Nordamerika, kunne forbedre den halvledende polymer ved at tillade elektroner at bevæge sig fra plan til plan hurtigt. Processen, kaldet hulmobilitet, er hvordan elektroner bevæger sig gennem et elektrisk felt bestående af flere lag. Når et molekyle mangler en elektron, en elektron fra et andet plan kan hoppe eller falde og tage dens plads.

Gennem forskellige billedbehandlingsteknikker, det er ret nemt at følge elektronsporet i de krystalbaserede strukturer. I mange halvledende polymerer, imidlertid, det rene, definerede linjer af det krystallinske skelet flettes sammen med et meget mere vanskeligt at definere område kaldet det amorfe domæne.

"[Elektroner] transporterer i både krystallinske og amorfe domæner. For at forbedre den samlede elektronmobilitet, det er nødvendigt at kontrollere arten af ​​det amorfe domæne, " Ogino sagde. "Vi fandt, at hul mobilitet ekstraordinært forbedret ved indførelsen af ​​polystyren blok ledsaget af stigningen i forholdet mellem stive amorfe domæne."

Forskerne mener, at den måde, det krystallinske domæne forbinder i sig selv, sker mest effektivt gennem det stive amorfe domæne. Tilsætningen af ​​polystyren introducerede mere amorft domæne, men indeholdt af fleksible kæder af kulstof- og brintatomer. Selvom kæderne er fleksible, det giver stivhed, og en vis grad af kontrol, til det amorfe domæne.

Elektroner bevægede sig to til tre gange hurtigere end normalt.

"Introduktionen af ​​en fleksibel kæde i semikrystallinske polymerer er en af ​​de lovende strategier til at forbedre de forskellige funktionaliteter af polymerfilm ved at ændre karakteristikaene af det amorfe domæne, " sagde Ogino. "Vi foreslår, at det stive amorfe domæne spiller en vigtig rolle i hultransportprocessen."

Forbedret hulmobilitet er en kritisk faktor i udviklingen af ​​mere effektive solenergienheder, ifølge Ogino. Næste, Ogino og forskerne planlægger at undersøge, hvordan den forbedrede hulmobilitet påvirkede andre parametre, såsom den kemiske sammensætning og placering af strukturerne i polymerfilmen.