Analyzovaný doping organických polovodičov
Rozptyl röntgenových lúčov ukazuje typické odrazy hostiteľskej mriežky vľavo pre čistý 4T (hore) a P3HT (dole). V prípade silne dotovaných materiálov sa objavujú ďalšie odlesky, ktoré poukazujú na prítomnosť
Organické polovodiče sa používajú napríklad pre solárne články alebo svetlo emitujúce diódy (OLED). Doteraz sa však vedelo len málo o tom, ako sú „dopingové“ molekuly štruktúrne integrované do organických polovodičov. Toto teraz analyzoval tím z Humboldtovej univerzity v Berlíne a Helmholtzovho centra v Berlíne na výstave BESSY II. Výsledky sú prekvapujúce: molekuly nie sú rovnomerne distribuované v hostiteľskej mriežke, ale tvoria s hostiteľským materiálom takzvané kokryštalizáty. „Dopovaný“ organický polovodič teda pozostáva z matice „pôvodných“ kryštalitov, v ktorej sú zaliate „zmiešané“ kryštality. Tieto zmiešané kryštality preberajú úlohu „dopingových“ molekúl.
Naša moderná polovodičová technológia je založená na kremíku, anorganickom polovodičovom materiáli, ktorý je dotovaný cudzími atómami na použitie v elektronických súčiastkach. Organické tuhé látky vyrobené z konjugovaných molekúl alebo polymérov však majú tiež polovodivé vlastnosti, ktoré umožňujú použitie v organickej elektronike. Obrovský potenciál organickej elektroniky sa v posledných rokoch jasne preukázal na príklade svetelných diód (OLED).
Hosťujúce molekuly v hostiteľskej mriežke
Napríklad oligotiofén (4T) a polytiofén (P3HT), dva typické organické polovodiče, je možné „dotovať“ druhým typom molekuly, silným akceptorom elektrónov (F4TCNQ), a tým osobitne ovplyvňovať ich vodivosť. To, ako sú tieto hosťujúce molekuly štruktúrne integrované do hostiteľskej mriežky organických polovodičov, však bolo doteraz ťažko známe. Preto sa až doposiaľ vždy analogicky k anorganickým polovodičom predpokladala homogénna distribúcia.
Poznámky k špeciálnym funkciám
Medzinárodný tím vedený spoločnou výskumnou skupinou „Molekulárne systémy“ na HZB a Humboldtovej univerzite v Berlíne teraz dokázal, že to neplatí pre oligotiofén ani polytiofén. Skupina okolo Dr. Ingo Salzmann a prof. Dr. Norbert Koch predtým experimentálne a teoreticky analyzoval ďalšie systémy, ako doping organických polovodičov ovplyvňuje ich elektronickú štruktúru, a tým aj vodivosť. Z toho vyplynuli náznaky zvláštností tejto triedy materiálov, v ktorých hrá kľúčovú úlohu hybridizácia molekulárnych orbitálov.
Vzorky s rôznymi dávkami dopingu
Preto teraz vyrobili sériu rôzne dotovaných organických tenkých vrstiev a tieto vzorky skúmali röntgenovou difrakciou na lúčovej línii KMC-2, ktorú Dr. Daniel Többens dohliada. To im umožnilo presne určiť kryštalickú štruktúru v závislosti od sily dopingu.
Kokryštalizáty ako „dopujúce látky“
Ich výsledky ukázali, ako pre 4T, tak aj pre P3HT, že hosťujúce molekuly - v ostrom kontraste s tým, čo sa očakávalo - nie sú v žiadnom prípade rovnomerne integrované do hostiteľskej mriežky organického polovodiča. Namiesto toho sa v čistej kryštalickej hostiteľskej matrici vytvára druhá kryštalická fáza hostiteľských/hosťujúcich kokryštalitov. Tieto kokryštály teraz preberajú úlohu dopantu namiesto skutočnej dopingovej molekuly.
Porozumenie umožňuje väčšiu kontrolu
„Je dôležité podrobnejšie pochopiť základné procesy spojené s dopovaním organických polovodičov,“ vysvetľuje Salzmann: „Ak chceme tieto materiály úspešne používať v aplikáciách, musíme byť schopní riadiť ich elektronické vlastnosti rovnako presne, ako je to dnes v prípade anorganických polovodičov. . “