化學科學學院張鳳嬌課題組與合作者在有機電子器件研究中的最新進展
有機半導體（OSC）分子靠弱相互作用堆積，顯示出豐富的光電性質。通過施加外電場或化學摻雜可以很大程度上調控其電學性質，促使該類材料在有機電子學中的應用探索取得了蓬勃發(fā)展。分子堆積取向是決定聚合半導體電荷傳輸性能的重要因素，是有機電子學研究的重要方向之一。溶液加工可以實現(xiàn)低成本大面的薄膜制備，但在共軛聚合物組裝結構的精細調控中仍面臨重大挑戰(zhàn)，限制了OSC的電荷傳輸性能研究。
我院張鳳嬌課題組與美國伊利諾伊大學香檳分校刁瑩課題組通過溶液加工技術調控聚合物DPP-BTz共軛骨架的堆積取向，系統(tǒng)研究了聚合物分子堆積取向影響的界面摻雜作用與電荷傳輸性能，為有機電子器件應用研究提供了新策略。結合形貌表征和電學性能的檢測，他們發(fā)現(xiàn)當更多的分子共軛平面平行于襯底時，化學摻雜誘導的電荷轉移復合物吸收峰更強，且費米能級移動加大。有意思的是，通過該摻雜處理促進OFETs遷移率的增加隨著分子平躺堆積的比例線性增大。他們揭示聚合物薄膜內共軛骨架平躺排列時，共軛平面直接暴露于摻雜劑表面，形成更多的作用位點，促進本體分子與摻雜劑之間的電荷轉移，并且在較低的摻雜濃度下即可形成有效摻雜。此外，他們推測共軛骨架平躺的堆積取向還有利于垂直方向的電荷傳輸，這主要是因為垂直方向的耦合。轉移的電荷傳輸?shù)綄щ姕系篮?，通過填充缺陷提高載流子傳輸遷移率。而當分子站立在襯底上時，摻雜劑與半導體之間的電荷轉移效果弱，且長烷基鏈形成的“絕緣”效果阻礙電荷向下傳輸，所以難以有效地提高器件的遷移率。通過對分子堆積取向的優(yōu)化，界面摻雜可以帶來器件遷移率最大?5倍的變化。
上述結果表明通過調控有機聚合物共軛骨架的堆積取向可以從根本上控制表面化學摻雜的效果，進一步實現(xiàn)載流子傳輸?shù)膬?yōu)化。此項研究為化學摻雜和有機半導體的光電性能研究提供新方法，促進有機電子器件拓展吸引人的功能應用研究。相關論文在線發(fā)表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.202002823)上。
參考文獻鏈接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002823
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