Исследователи из Университета Конкордия, Национального института научных исследований Канады и Йоркского университета предложили метод легирования органических полупроводников degradation-assisted doping, или DAD. Он позволил получить до 100 раз больше подвижных носителей электрического заряда, чем традиционные подходы. Авторы проверили метод на органическом полупроводнике P3HT и опубликовали результаты в Nature Materials.
Легирование повышает проводимость материала: специальные молекулы передают ему электроны и создают дополнительные подвижные заряды. У обычных химических легирующих веществ этот процесс ограничивают химия и термодинамика реакции. После определённого уровня число новых носителей заряда перестаёт заметно расти.
В DAD легирующая молекула после передачи электрона не остаётся активной, а разрушается. Продукты её распада больше не мешают следующим реакциям, поэтому новые молекулы легирующего вещества продолжают передавать электроны полупроводнику. Авторы называют это контролируемым удалением легирующего вещества после выполнения его задачи.
В опытах команда использовала P3HT, углеродный органический полупроводник, и трис(пентафторфенил)боран, или BCF, в роли легирующего вещества. После передачи электрона BCF подвергался разложению. Эксперименты показали, что его продукты распада не вмешиваются в последующие этапы легирования, а проводимость P3HT с BCF оказалась выше, чем с другими распространёнными легирующими веществами.
Механизм изучали в лаборатории и с помощью компьютерного моделирования. Учёные применили ядерный магнитный резонанс, оптическую спектроскопию, электронный парамагнитный резонанс и калориметрию, чтобы проследить химические изменения после переноса электрона от BCF к P3HT. Как сообщает Interesting Engineering, эти наблюдения подтвердили разложение BCF после участия в реакции.
Органические полупроводники можно перерабатывать в тонкие плёнки и использовать там, где нужны лёгкие и гибкие электронные компоненты. Авторы работы связывают новый подход с дальнейшими исследованиями гибкой электроники, оптоэлектронных и термоэлектрических устройств. Исследование не описывает готовое устройство и не демонстрирует производство в промышленном масштабе, но предлагает химический механизм для достижения более высоких уровней легирования.