Новый метод получения полимерных полупроводников

Японские ученые разработали метод синтеза полупроводниковых полимеров n-типа с увеличенной подвижностью электронов

Полупроводниковые полимеры — очень большие молекулы, состоящие из цепочек повторяющихся участков — обладают большим потенциалом в органической электронике. Как и большинство полупроводниковых материалов, они могут быть р-типа и n-типа. В области полимеров р-типа сделан ряд значительных открытий. Хуже обстоят деля в создании проводников n-типе — подвижность электронов у этих полимеров пока еще недостаточна для использования в электронных устройствах. Именно полупроводниковые полимеры n-типа нужны для развития таких электронных устройств, как солнечные элементы.

Основная проблема — ограниченное число стратегий молекулярного дизайна и синтеза этих соединений. Один из наиболее многообещающих методов синтеза — DАrP («прямое акрилирование и поликонденсация») показывает хорошие результаты, однако до сих пор есть сложности в производстве необходимых элементов этого процесса — мономеров.

Команда исследователей из Технологического института Токио придумала, как обойти это затруднение. Они разработали надежный способ производства двух длинных полупроводниковых полимеров n-типа (P1 и Р2) методом DArP, с использованием палладия и меди в качестве катализаторов.

Два полимера оказались почти идентичными и содержали две органические молекулы тиазола с атомами азота и серы. Однако положение атома азота в кольцах тиазола слегка отличалось в Р1 и Р2. Это привело к значительным и неожиданным изменениям в их полупроводниковых свойствах и структуре.

Хотя Р1 обладал более плоской структурой и должен был бы демонстрировать повышенную подвижность электронов, Р2 превзошел его. Каркас этого полимера был скрученным, как звенья цепи, несмотря на это подвижность электронов оказалась в 40 раз выше, чем у Р1, и даже выше, чем у самого эффективного полупроводникового полимера n-типа известного ранее.

Помимо этого, полупроводящие устройства, изготовленные из Р2, очень стабильны, то даже если находятся долгое время на открытом воздухе. Обычно это слабое место полупроводниковых полимеров n-типа.

Исследователи полагают, что многообещающие свойства P2 обусловлены его более кристаллической (упорядоченной) структурой по сравнению с P1, что меняет прежнее представление о том, что полупроводниковые полимеры должны иметь очень плоскую структуру, чтобы иметь лучшие полупроводниковые свойства. «Наш новый метод DArP открывает двери для синтеза различных перспективных полупроводниковых полимеров n-типа, которые невозможно получить традиционными методами», - заключает профессор Мичинобу. Эта работа - еще один шаг в направлении к более зеленому будущему с устойчивой органической электроникой.

Sciencedaily.com