调整有机能隙

德国研究人员开发了一种新的有机半导体带隙工程方法

有机半导体在用于大面积显示器的有机电致发光器件中赢得了节能材料的声誉。在这些和太阳能电池中，一个关键参数是能隙

对于无机材料，您可以通过替换材料中的原子来设计带隙。这允许连续可调，例如在 AlGaAs 半导体中。不幸的是，这不能转移到有机化合物半导体。

现在，随着他们在 Nature Materials 上的最新出版物，德累斯顿电子推进中心（cfaed，德累斯顿工业大学）和慕尼黑工业大学卓越电子转换集群的科学家与维尔茨堡大学、柏林大学和乌尔姆大学的合作伙伴一起，找到了一种通过混合来设计有机半导体能隙的方法。

对于无机半导体，能级可以通过原子取代相互转移，从而减小带隙。相比之下，通过混合有机材料来改变能带结构只能使能级上下一致地移动。这是因为可以在有机材料中利用强大的库仑效应，但这对间隙没有影响。 “通过混合来改变有机材料的间隙，以避免新分子的冗长合成，这将是非常有趣的，”德累斯顿工业大学的 Karl Leo 说。

研究人员现在通过将材料与大小不同的相似分子的混合物混合，找到了一种非常规的方法。 “关键的发现是所有分子都按照其分子形状和大小允许的特定模式排列”，慕尼黑工业大学教授兼德累斯顿电子发展中心（cfaed，TU Dresden）的组长 Frank Ortmann 解释说， “这会导致材料介电常数和间隙能量发生所需的变化。”

Frank-Ortmann小组通过模拟混合薄膜的结构及其电子和介电性能，阐明了其机理。由cfaed的Stefan-Mannsfeld有机器件组进行的X射线散射测量证实了分子堆积随混合分子形状的相应变化。核心的实验和设备工作是由Katrin Ortstein和她的同事在Karl Leo，TU Dresden小组完成的。

上图显示了如何改变混合物中 3T 分子（前景）和 6T 分子（在背景中所示）的比例来连续调整间隙。

参考资料

'Band gap engineering in blended organic semiconductor films based on dielectric interactions' by Katrin Ortstein et al; Nature Materials: 10 June, 2021