Органические полупроводниковые материалы придут на смену кремнию

Полупроводниковые материалы органического происхождения придут на смену кремнию.

Согласно исследованиям ученых из университета Бата, органические полупроводниковые материалы ожидают большие перспективы: от создания более эффективных LED-дисплеев до гибких солнечных батарей, которые менее затратными в производстве и энергопотреблении.

Полупроводники широко используются в различных устройствах на светодиодах, которые преобразуют электрический ток в свет, и фотогальванических элементах, которые поглощают световую энергию и преобразуют ее в электричество. Традиционно в таких устройствах используются неорганические полупроводники главным образом на основе кремния, и их производство довольно сложное и энергозатратное. Считается, что затраты на производство солнечных элементов из кремния окупаются только спустя год.

Несмотря на попытки ученых в течение последних трех десятилетий наладить массовое производство органических полупроводников, они все еще озадачены тем фактом, что этот тип полупроводников менее эффективно проводит электричество. Команде исследователей из университета Бата, Англия, совместно с учеными из Германии и Нидерландов, удалось найти способ по преодолению некоторых из существующих проблем, связанных с использованием органических полупроводников при производстве электроники.

По словам научного сотрудника университета доктора Даниэля Ди Нуззо, принимавшего участие в работе, затруднения при производстве традиционных полупроводниковых устройств связаны со сложностями при выращивании кристаллических материалов. Это очень энергозатратный процесс. Органические же полупроводники можно печатать с помощью принтера. ​​Например, полупроводниковые органические полимеры можно растворить и получить электронные чернила для печати на поверхность. Однако из-за неупорядоченности структуры органические полупроводники гораздо хуже, чем кремниевые, проводят электрический ток. Одним из способов улучшения электрических свойств органических полупроводников — допирование их с помощью агентов, несущих электрический заряд. Здесь ученые столкнулись с новой проблемой: необходимостью разработки техники эффективного допирования органических полупроводниковых полимеров, чтобы устройства на их основе работали с высокой производительностью.

Решение данной проблемы опубликованно в журнале Nature Communications: оказывается, что размер и геометрическое положение используемых допирующих молекул оказывает влияние на эффективность полупроводникового материала. Как пояснил доктор Энрико Да Комо, возглавлявший исследование, органический полимер состоит из цепочки блоков, которые смешивают с легирующими молекулами перед печатью на поверхность. Было обнаружено, что легирующие молекулы могут связываться с полимером в нескольких различных направлениях, некоторые из которых делают полупроводник более эффективным. Результаты показывают, что при использовании большего количества допинг-молекул число способов их связывания с полимером уменьшается, что делает эффективность полупроводника более консистентной.