Αποκαλύπτοντας τη φυσική του τρόπου με τον οποίο η Electrons οθόνη ενάντια στην αγωγιμότητα-δολοφόνο σε οργανικούς ημιαγωγούς
Σε αυτό το έργο, χρησιμοποιούμε έναν συνδυασμό πειραματικών τεχνικών και θεωρητικών υπολογισμών για να διερευνήσουμε τον τρόπο με τον οποίο η ηλεκτρόνια η οθόνη ενάντια στις παγίδες φορτίου που προκαλούνται από οξυγόνο σε οργανικούς ημιαγωγούς. Δείχνουμε ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν να σχηματίσουν ένα σύννεφο γύρω από τα μόρια οξυγόνου, τα οποία τους εμποδίζουν να παγιδεύσουν τους φορείς φόρτισης. Αυτό το αποτέλεσμα διαλογής είναι ισχυρότερο σε υλικά με υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων και μπορεί να ενισχυθεί αυξάνοντας τη συγκέντρωση του ντόπινγκ.
Τα ευρήματά μας παρέχουν νέες γνώσεις σχετικά με τη φυσική της μεταφοράς φορτίου σε οργανικούς ημιαγωγούς και προτείνουν στρατηγικές για τη βελτίωση της αγωγιμότητας αυτών των υλικών. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών οργανικών ηλιακών κυττάρων, διόδων εκπομπής φωτός και άλλων οπτοηλεκτρονικών συσκευών.
Εισαγωγή
Οι οργανικοί ημιαγωγοί είναι μια κατηγορία υλικών που έχουν ηλεκτρικές ιδιότητες παρόμοιες με εκείνες των ανόργανων ημιαγωγών, αλλά αποτελούνται από οργανικά μόρια και όχι άτομα. Αυτό τους καθιστά πολύ πιο ευπροσάρμοστο από τους ανόργανες ημιαγωγούς και μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία σε λεπτές μεμβράνες χρησιμοποιώντας τεχνικές που βασίζονται σε διάλυμα. Αυτό τα καθιστά ιδανικά για χρήση σε διάφορες εφαρμογές, όπως ηλιακά κύτταρα, δίοδοι εκπομπής φωτός και τρανζίστορ.
Ωστόσο, η απόδοση των οργανικών ημιαγωγών συχνά περιορίζεται από την παρουσία ακαθαρσιών και ελαττωμάτων. Αυτά μπορούν να παγιδεύσουν τους φορείς φόρτισης, γεγονός που μειώνει την αγωγιμότητα του υλικού. Ένα από τα πιο συνηθισμένα φυλακή αγωγιμότητας σε οργανικούς ημιαγωγούς είναι το οξυγόνο, το οποίο μπορεί εύκολα να διαχέεται στο υλικό και να σχηματίσει παγίδες φορτίου.
Σε αυτό το έργο, χρησιμοποιούμε έναν συνδυασμό πειραματικών τεχνικών και θεωρητικών υπολογισμών για να διερευνήσουμε τον τρόπο με τον οποίο η ηλεκτρόνια η οθόνη ενάντια στις παγίδες φορτίου που προκαλούνται από οξυγόνο σε οργανικούς ημιαγωγούς. Δείχνουμε ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν να σχηματίσουν ένα σύννεφο γύρω από τα μόρια οξυγόνου, τα οποία τους εμποδίζουν να παγιδεύσουν τους φορείς φόρτισης. Αυτό το αποτέλεσμα διαλογής είναι ισχυρότερο σε υλικά με υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων και μπορεί να ενισχυθεί αυξάνοντας τη συγκέντρωση του ντόπινγκ.
Πειραματικές τεχνικές
Χρησιμοποιήσαμε μια ποικιλία πειραματικών τεχνικών για να διερευνήσουμε την εξέταση των παγίδων φορτίου που προκαλούνται από οξυγόνο σε οργανικούς ημιαγωγούς. Αυτές οι τεχνικές περιελάμβαναν:
* Φασματοσκοπία φωτοφωταύγειας (PL): Η φασματοσκοπία PL μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της εκπομπής φωτός από ένα υλικό ημιαγωγού. Η ένταση της εκπομπής PL είναι ανάλογη με τον αριθμό των φορέων ελεύθερης χρέωσης στο υλικό. Επομένως, η φασματοσκοπία PL μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διερευνήσει τον τρόπο με τον οποίο το οξυγόνο επηρεάζει τον αριθμό των φορέων ελεύθερης χρέωσης σε έναν οργανικό ημιαγωγό.
* Capacitance-Voltage (C-V) Προφίλ: Το C-V προφίλ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων ενός υλικού ημιαγωγού. Η χωρητικότητα ενός υλικού ημιαγωγών είναι ανάλογη με τον αριθμό των μεταφορέων ελεύθερης χρέωσης στο υλικό. Ως εκ τούτου, το C-V προφίλ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διερευνήσει τον τρόπο με τον οποίο το οξυγόνο επηρεάζει τον αριθμό των φορέων ελεύθερης χρέωσης σε έναν οργανικό ημιαγωγό.
* Μετρήσεις κινητικότητας: Οι μετρήσεις κινητικότητας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της ταχύτητας μετατόπισης των φορέων φορτίου σε υλικό ημιαγωγού. Η κινητικότητα των φορέων φορτίου είναι ανάλογη με τον αριθμό των μεταφορέων ελεύθερης χρέωσης στο υλικό. Ως εκ τούτου, οι μετρήσεις κινητικότητας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να διερευνηθεί ο τρόπος με τον οποίο το οξυγόνο επηρεάζει τον αριθμό των φορέων ελεύθερης χρέωσης σε έναν οργανικό ημιαγωγό.
θεωρητικοί υπολογισμοί
Πραγματοποιήσαμε επίσης θεωρητικούς υπολογισμούς για να διερευνήσουμε την εξέταση των παγίδων φορτίου που προκαλούνται από οξυγόνο σε οργανικούς ημιαγωγούς. Αυτοί οι υπολογισμοί βασίστηκαν στη λειτουργική θεωρία πυκνότητας (DFT). Το DFT είναι μια υπολογιστική μέθοδος που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της ηλεκτρονικής δομής των υλικών. Χρησιμοποιήσαμε το DFT για να υπολογίσουμε τα επίπεδα ενέργειας των μορίων οξυγόνου σε έναν οργανικό ημιαγωγό. Υπολογίσαμε επίσης την πυκνότητα φορτίου γύρω από τα μόρια οξυγόνου. Αυτοί οι υπολογισμοί μας επέτρεψαν να κατανοήσουμε τον τρόπο με τον οποίο η Electrons οθόνη ενάντια στις παγίδες φορτίου που προκαλούνται από οξυγόνο.
Αποτελέσματα και συζήτηση
Τα πειραματικά και θεωρητικά μας αποτελέσματα δείχνουν ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν να σχηματίσουν ένα σύννεφο γύρω από μόρια οξυγόνου σε έναν οργανικό ημιαγωγό. Αυτό το σύννεφο των ηλεκτρονίων εμποδίζει τα μόρια οξυγόνου από την παγίδευση των φορέων φορτίου. Αυτό το αποτέλεσμα διαλογής είναι ισχυρότερο σε υλικά με υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων και μπορεί να ενισχυθεί αυξάνοντας τη συγκέντρωση του ντόπινγκ.
Το παρακάτω σχήμα δείχνει την πυκνότητα φορτίου γύρω από ένα μόριο οξυγόνου σε έναν οργανικό ημιαγωγό. Οι κόκκινες περιοχές αντιπροσωπεύουν περιοχές υψηλής πυκνότητας ηλεκτρονίων, ενώ οι μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν περιοχές χαμηλής πυκνότητας ηλεκτρονίων. Όπως φαίνεται, τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ένα σύννεφο γύρω από το μόριο οξυγόνου. Αυτό το σύννεφο των ηλεκτρονίων εμποδίζει το μόριο οξυγόνου από την παγίδευση των φορέων φορτίου.
[Εικόνα της πυκνότητας φορτίου γύρω από ένα μόριο οξυγόνου σε έναν οργανικό ημιαγωγό]
Η επίδραση διαλογής των ηλεκτρονίων έναντι των παγίδων φορτίου που προκαλούνται από οξυγόνο είναι ένας σημαντικός παράγοντας για τον προσδιορισμό της αγωγιμότητας των οργανικών ημιαγωγών. Με την κατανόηση αυτού του αποτελέσματος, μπορούμε να αναπτύξουμε στρατηγικές για τη βελτίωση της αγωγιμότητας των οργανικών ημιαγωγών. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών οργανικών ηλιακών κυττάρων,
