Neue Synthese-Methode eröffnet Möglichkeiten für die organische Elektronik

Halbleitende Polymere, sehr große, kettenförmige Moleküle, die aus sich wiederholenden Untereinheiten, zunehmend die Aufmerksamkeit der Forscher wegen Ihrer möglichen Anwendungen in der organischen Elektronik. Wie die meisten halbleitenden Materialien, halbleitenden Polymere zugeordnet werden können p-Typ oder n-Typ entsprechend Ihre leitenden Eigenschaften. Obwohl die p-Typ-halbleitende Polymere haben gesehen, dramatische Verbesserungen Dank der jüngsten Fortschritte, das gleiche kann nicht gesagt werden, über Ihre n-Typ-Pendants, deren Elektronen-leitenden Eigenschaften (oder „electron mobility“) sind immer noch arm.

Leider, high-performance n-Typ halbleitenden Polymeren sind notwendig für viele grünen-Anwendungen, wie zum Beispiel verschiedene Arten von Solarzellen. Die wichtigsten Herausforderungen bremst die Entwicklung der n-Typ halbleitenden Polymeren sind die begrenzten molekularen design-Strategien und-Synthese-Verfahren zur Verfügung. Unter den bestehenden Synthese-Methoden, DArP (das steht für „direkte arylierung Polykondensation‘) hat gezeigt, viel versprechende Ergebnisse für die Herstellung von n-Typ halbleitenden Polymere in eine umweltfreundliche und effiziente Art und Weise. Aber, bis jetzt, die Bausteine (Monomere), die in der DArP-Methode erforderlich, um eine orientierende Gruppe, um zu produzieren Polymere zuverlässig, und dies limitiert die Anwendbarkeit des DArP, um high-performance-halbleitenden Polymeren.

Zum Glück, ein Forscherteam aus Tokyo Institute of Technology unter der Leitung von Prof. Tsuyoshi Michinobu einen Weg gefunden, um dieses. Sie verwaltet zuverlässig produzieren zwei lange n-Typ halbleitenden Polymeren (bezeichnet als P1 und P2) durch die DArP-Methode durch die Verwendung von palladium und Kupfer als Katalysatoren, die sind Materialien oder Substanzen, die verwendet werden können, fördern oder hemmen bestimmte Reaktionen.

Die zwei Polymere wurden fast identisch und enthielt zwei thiazole Ringe-TACA organische Moleküle, enthalten ein Stickstoffatom und ein schwefelatom. Jedoch, die position des Stickstoff-atoms des thiazole Ringe war etwas anders zwischen P1 und P2 und, wie die Forscher herausfanden, führte dies zu erheblichen und unerwarteten Veränderungen in Ihrer halbleitenden Eigenschaften und Struktur. Obwohl P1 hatte eine planare Struktur und wurde erwartet, zu einer höheren Elektronen-Mobilität, es wurde P2, die die show gestohlen. Das Rückgrat dieses polymer ist in sich gedreht und sieht ähnlich aus wie alternierende Kette links. Noch wichtiger ist, die Forscher waren überrascht zu finden, dass die Elektronen-Mobilität von P2 war vierzig mal höher als die von P1 und noch höher als der aktuelle benchmark n-type semiconducting Polymers. „Unsere Ergebnisse legen nahe, die Möglichkeit von P2-die neue benchmark unter den n-Typ-halbleitende Materialien für die organische Elektronik“, sagt Prof. Michinobu.

Darüber hinaus halbleitenden Geräte mit P2 waren auch bemerkenswert stabil, auch bei Lagerung in Luft für eine lange Zeit, die bekanntlich eine Schwäche von n-Typ halbleitenden Polymeren. Die Forscher glauben, dass die viel versprechenden Eigenschaften von P2, weil der mehr Kristalline (geordnete) Struktur im Vergleich mit P1, die änderungen der früheren Vorstellung, dass die halbleitenden Polymere sollten eine sehr planare Struktur besser halbleitenden Eigenschaften. „Unsere neue DArP-Methode öffnet eine Tür für die Synthese von verschiedenen vielversprechenden n-Typ halbleitenden Polymeren, die nicht erreicht werden können, die über traditionelle Methoden“, folgert Prof. Michinobu. Diese Arbeit ist ein weiterer Schritt in Richtung einer grüneren Zukunft mit nachhaltigen organischen Elektronik.