可见光对有机半导体形态学的影响

有机半导体(osc)是有前途的先进材料由于其众多吸引人的属性,比如他们的加工性能(低温处理、低成本生产)和亚博网站下载他们的轻量级的和机械的灵活性。¹

他们有令人兴奋的前景,利用在许多应用程序中,如有机晶体管、有机发光二极管、传感器和生物传感器、薄膜电池,或有机光电(口服脊髓灰质炎疫苗)。²然而,内在缺点目前禁止他们在大范围内使用。

例如,尽管有机太阳能电池实现效率类似于无机(硅)同行(大于18%),它的制造工艺最先进的光电不适合大规模生产。

利用大规模生产的方法,如精密卷绕对位涂料、材料性能达到较低的效率(5 - 10%)。亚博网站下载³提高当前的理解这些缺点和创造新的生产方法是至关重要的一步,从科学界已经吸引越来越感兴趣。

j的一组研究人员中子科学中心(JCNS)亨氏Maier-Leibnitz中心(MLZ)和丹麦技术大学的德意志Elek亚博老虎机网登录tronen-Synchrotron(谜底),提出了一种技术来操纵形态(和隐式的物理性质)的有机半导体中使用可见光精密卷绕对位slot-die涂层。³

他们的研究集中在共轭聚合物聚(3-hexylth-iophene) (P3HT)经常利用作为电子供体材料的亲水垂直口服脊髓灰质炎疫苗。

一般来说,共轭聚合物,特别是P3HT薄膜,显示在可见光下,形态的变化。这些结构性变化那么刺激的物理和电气性能的修改影片。

图1所示。说明保利(3-hexylth-iophene)的制造方法slot-die涂布在移动衬底在黑暗或而明亮的红色,绿色或蓝色光。图片来源:放置功能。板牙。,2023, DOI:10.1002 / adfm.202212835

作为显示在图1中,P3HT将从基态到激发态在涂层与可见光。这两个状态之间的主要结构差异的价值是由相邻的噻吩环之间的反角。

在基态展品扭曲的几何图形,激发态完全平面。检查这些形态变化引起的四个不同的光疗法(能量高于和低于P3HT的激发能级),研究人员开展了掠入射广角x射线散射(GIWAXS)测量。

掠入射x射线散射测量了巨大的贡献获得的理解活动材料的形态和薄膜层用于口服脊髓灰质炎疫苗。亚博网站下载⁴

光照的变化由GIWAXS有机半导体的形态学研究

GIWAXS是一个非常有用的方法,通常是利用建立聚合物链的排列(骨干方向)的薄膜沉积到基板上。图2 (a)显示了典型模式,可以观察到在2 d GIWAXS共存的正面和侧面取向图案。

侧面的定位、链式骨干定位平行于衬底,连同π-π叠加方向,而侧链是衬底垂直对齐。

相反,正面取向,π-π堆栈是垂直于衬底,连锁骨干和侧链在衬底的平面对齐。这些不同的取向影响电气性能和设计和优化时需要考虑P3HT-based设备。⁴

例如,一个提取二维GIWAXS模式记录作为该研究的一部分描述了图2 (b, c),表明P3HT显示主要侧面方向与某种程度的取向分布。³

图2。(一)典型GIWAXS散射模式,可以从一个侧面和正面观察阶段。注意,颜色代码显示每个模式的起源。改编自Ref形象。[5](b, c)GIWAXS数据记录在P3HT薄膜沉积在硅衬底和蓝光处理或未经处理的。图像来源:放置功能。板牙。,2023, DOI:10.1002 / adfm.202212835。

在这里,平面和出平面层状(100)分析了反射的函数应用光治疗。如图3所示(一个),样品暴露于蓝色和绿色的光显示强度减少一半和最大强度较低的问_z值相比,暴露的黑色或红色的光。

这些观察表明,治疗P3HT的电影用蓝色和绿色的光会导致真正的上升空间层状包装距离,除了减少面向侧面的总量和结晶度。

这降低结晶度也证实了原子力显微镜(AFM),揭示了表面粗糙度测量减少样品处理蓝色和绿色的光。

看平面组件时,然而,相反的趋势是观察(见图3 (b))。测量强度大幅上升(约4倍)在电影处理蓝色和绿色的光。这表明严重的分数增加面向聚集正面对底物。

层状堆积方向的分布,对底物,也可以计算从GIWAXS测量。如图3 (c),介绍了光致激发与蓝色和绿色的光会导致相当高的分数的正面聚合物链。

与之相反,黑暗和红光治疗产生主要面向侧面的微晶。

在分析真正的空间平面层状堆积距离,计算出GIWAXS测量(如图3所示(d)),它变得明显,低效率的包装(距离较大的片状堆积)时获得的样品暴露于绿色或蓝色光。

图3。线的集成(一)平面外,(b)平面层状(100)峰和高斯。(c)集成层状信号显示的方向聚合物飞机对衬底:90^o对应的出平面取向(侧面),0^o对应平面取向(正面)。(d)出平面层状距离和平面π-π堆积的距离为每个光治疗。请注意,没有观察到的平面距离π-π堆积后,蓝光治疗。图片来源:放置功能。板牙。,2023, DOI:10.1002 / adfm.202212835。

形态对有机半导体的电学性质的影响

关于电导率,光的两组治疗产生明显不同的属性。在黑暗和红光治疗促进平面照片电导率,蓝色和绿色的光治疗导致主要平面外电荷传输,如图4所示。

聚合物电导是inter-chain运输的限制,这可以直接从侧面与形态学的变化引起的正面光治疗的两种类型,由GIWAXS透露。

图4。幽灵似地集成(一)平面和(b)平面外板导电率提取完整的2 d时间分辨的太赫兹光谱(泰爱泰党)扫描垂直入射和45^o发病率分别。图片来源:放置功能。板牙。,2023, DOI:10.1002 / adfm.202212835。

有机光伏应用程序利用P3HT薄膜,需要仔细考虑的方向P3HT微晶对参考面(底电极)所代表的衬底表面。

沿着骨干P3HT的各向异性电导率大的连锁店和π-π堆积在侧面配置,导致更高的电荷传输效率平行于衬底表面。

相反,侧面方向与垂直的铆合将损害降低交换电荷载体的电极。由于正面取向是倾向于为口服脊髓灰质炎疫苗的应用程序,因为它使一个更好的与电极交换电荷载体。

结论

这项研究揭示了薄膜形态P3HT的可以适应不同的应用光治疗期间沉积。这表明操纵P3HT的包装行为以这种方式可以利用作为一种工具来实现所需的电气性能的有机半导体薄膜。

GIWAXS被证明是一个有效的工具,研究薄膜的结构差异受到不同的光致激发治疗,可与各种功能。

最值得注意的是,它表明,蓝色或绿色光治疗的应用在精密卷绕对位slot-die涂料生产主要面向正面微晶,有利的方向口服脊髓灰质炎疫苗的应用程序,因为它允许更好的交换电极的电荷载体。

确认

研究详细的在这篇文章最初发表在以下文章:Sørensen m K。Gertsen, a。佛罗伦,r . P。周,B。,Zhang, X., Jepsen, P. U., … & Andreasen, J. W. (2023). Manipulating organic semiconductor morphology with visible light. Advanced Functional Materials, 2212835.

引用

1. 迈尔斯,j . D。,& Xue, J. (2012). Organic semiconductors and their applications in photovoltaic devices.聚合物的评论,52(1)1-37页。
2. Martin-Palma, r . J。,& Martínez-Duart, J. (2017). Nanotechnology for microelectronics and photonics.爱思唯尔。
3. Sørensen m K。,Gertsen, A. S., Fornari, R. P., Zhou, B., Zhang, X., Jepsen, P. U., Stanzani, E., Yun, S., Fernández Castro, M., Schwartzkopf, M. & Andreasen, J. W. (2023). Manipulating organic semiconductor morphology with visible light.先进功能材料亚博网站下载,p . 2212835。
4. 穆勒高Buschbaum p (2014)。活性层形态的有机太阳能电池;探讨了掠入射散射技术。先进材料亚博网站下载,26(46),p . 7692 - 7709。
5. 大阪,我。,& Takimiya, K. (2015). Backbone orientation in semiconducting polymers.聚合物59岁的A1-A15。

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