Fordobling af effektiviteten af ​​organisk elektronik

Forskere fra Chalmers Tekniske Universitet, Sverige, har opdaget en simpel ny tweak, der kan fordoble effektiviteten af ​​organisk elektronik. OLED-skærme, plastbaserede solceller og bioelektronik er blot nogle af de teknologier, der kunne drage fordel af deres nye opdagelse, som omhandler "dobbelt-dopede" polymerer.

Størstedelen af ​​elektronik er baseret på uorganiske halvledere såsom silicium. Afgørende for deres funktion er en proces kaldet doping, som involverer vævning af urenheder i halvlederen for at forbedre dens elektriske ledningsevne. Dette gør det muligt for forskellige komponenter i solceller og LED-skærme at fungere.

For økologisk - dvs. kulstofbaserede halvledere, denne dopingproces er også meget vigtig. Siden opdagelsen af ​​elektrisk ledende plastik og polymerer, et område, som Nobelprisen blev tildelt for i 2000, forskning og udvikling af organisk elektronik er accelereret hurtigt. OLED-skærme er et eksempel, der allerede er på markedet, for eksempel, i den seneste generation af smartphones. Andre ansøgninger er endnu ikke fuldt ud realiseret, skyldes blandt andet, at organiske halvledere endnu ikke er effektive nok.

Doping i organiske halvledere fungerer gennem det, der er kendt som en redoxreaktion. Det betyder, at et dopingmolekyle modtager en elektron fra halvlederen, øge den elektriske ledningsevne af halvlederen. Jo flere dopingmolekyler, som halvlederen kan reagere med, jo højere ledningsevnen er - i det mindste op til en vis grænse, hvorefter ledningsevnen falder. I øjeblikket, effektivitetsgrænsen for dopede organiske halvledere er blevet bestemt af, at dopingmolekylerne kun kunne udveksle én elektron hver.

Men nu, i en artikel i det videnskabelige tidsskrift Naturmaterialer , gruppen af ​​Christian Müller, professor i polymervidenskab ved Chalmers Tekniske Universitet, sammen med kolleger fra syv andre universiteter, viser, at det er muligt at flytte to elektroner til hvert dopantmolekyle.

"Gennem denne dobbeltdopingproces, halvlederen kan derfor blive dobbelt så effektiv, " siger David Kiefer, Ph.D. elev i gruppen og første forfatter til artiklen.

Ifølge Christian Müller, denne innovation er ikke bygget på nogle store tekniske præstationer. I stedet, det er simpelthen et tilfælde af at se, hvad andre ikke har set. "Hele forskningsfeltet har været totalt fokuseret på at studere materialer, der kun tillader én redoxreaktion pr. molekyle. Vi valgte at se på en anden type polymer med lavere ioniseringsenergi. Vi så, at dette materiale tillod overførsel af to elektroner til doteringsmidlet. molekyle. Det er faktisk meget simpelt, siger Müller, Professor i polymervidenskab ved Chalmers Tekniske Universitet.

Opdagelsen kan muliggøre yderligere forbedringer af teknologier, som i dag ikke er konkurrencedygtige nok til at komme på markedet. Et problem er, at polymerer simpelthen ikke leder strøm godt nok, så at gøre dopingteknikkerne mere effektive har længe været et fokus for at opnå bedre polymerbaseret elektronik. Nu, denne fordobling af polymerers ledningsevne, kun bruger den samme mængde doteringsmateriale over det samme overfladeareal som før, kunne repræsentere det vendepunkt, der er nødvendigt for at kommercialisere flere nye teknologier.

"Med OLED-skærme, udviklingen er kommet langt nok til, at de allerede er på markedet. Men for at andre teknologier skal lykkes og komme på markedet, der skal noget ekstra til. Med organiske solceller, for eksempel, eller elektroniske kredsløb bygget af organisk materiale, vi har brug for evnen til at dope visse komponenter i samme omfang som siliciumbaseret elektronik. Vores tilgang er et skridt i den rigtige retning, siger Müller.

Opdagelsen tilbyder grundlæggende viden og kan hjælpe tusindvis af forskere med at opnå fremskridt inden for fleksibel elektronik, bioelektronik og termoelektricitet. Christian Müllers forskergruppe forsker i flere anvendte områder baseret på polymerteknologi. Blandt andet, hans gruppe undersøger udviklingen af ​​elektrisk ledende tekstiler og organiske solceller.