Polarisierte optische Aufnahme eines kondensierten Porphyrinkupferkomplexmoleküls mit hydrophoben und hydrophilen Seitenketten. Bildnachweis: Tsuneaki Sakurai et al.

(PhysOrg.com) - Organische Halbleiter sind eine Hauptkomponente in einer Vielzahl zukünftiger organischer Elektronik, z. B. flexible Flachbildschirme, kostengünstige Solarzellen und andere einzigartige Geräte. Aufgrund ihrer Vorteile - zu denen energieeffizient, kostengünstig und leichtgewichtig gehören - wird erwartet, dass die organische Elektronik eine milliardenschwere Industrie ausmacht.

Die Physiker sind diesem Ziel einen Schritt näher gekommen und haben die Entwicklung organischer Halbleiter im Hinblick auf ihre Elektronenmobilität entscheidend vorangetrieben. Im Allgemeinen weisen organische Halbleiter eine geringe Elektronenbeweglichkeit auf, was bedeutet, dass die Gesamtbewegung ihrer Elektronen zu zufällig und nicht gerichtet genug ist, um einen guten elektrischen Strom und eine gute Leitfähigkeit bereitzustellen.

Die Physiker zeigten, wie die Elektronenbeweglichkeit von flüssigkristallinen Halbleitern auf 0, 27 cm2 / V • s verbessert werden kann, was zehnmal höher ist als der derzeit höchste Wert für kolumnare flüssigkristalline Materialien bei Raumtemperatur. Die Physiker der University of Tokyo, der Kyoto University, der Osaka University und des Japan Synchrotron Radiation Research Institute haben ihre Studie in einer aktuellen Ausgabe des Journal of the American Chemical Society veröffentlicht .

Die Wissenschaftler modifizierten ein Molekül, das als kondensierter Porphyrinkupferkomplex bekannt ist, so, dass es sich bei Raumtemperatur (in einem weiten Bereich von -17 bis 99 ° C) selbst in einen flüssigkristallinen Zustand zusammensetzt. Sie erreichten die Rekordmobilität bei einer Temperatur von 16 ° C.

Die Schlüsselmodifikation bestand darin, einer Seite des Moleküls hydrophobe Seitenketten und der anderen Seite hydrophile Seitenketten hinzuzufügen. Indem es sowohl hydrophob als auch hydrophil ist, ist das Molekül nun "amphiphil" geworden. Andere übliche amphiphile Substanzen sind Seifen und Detergenzien mit Molekülen, die sich sowohl an Fett anlagern als auch leicht von Wasser abgewaschen werden können.

Die amphiphile Eigenschaft ist nützlich für die Verbesserung der Elektronenmobilität, da amphiphile Moleküle dazu neigen, sich auf geordnete Weise zu sammeln. Insbesondere das amphiphile Moleküldesign verstärkte die ð-Stapelwechselwirkung, und Moleküle mit größeren ð-konjugierten Kernen neigen zu einer höheren Elektronenmobilität. Die Physiker erklären, dass ð-Stacking durch eine nanoskalige Phasentrennung verbessert wird, die durch die Inkompatibilität zwischen der hydrophoben und der hydrophilen Seitenkette der Moleküle verursacht wird.

Die Wissenschaftler stellten außerdem fest, dass der neue organische Halbleiter sichtbares Licht besonders effizient absorbiert, was sie für organische Dünnschichtsolarzellen nützlich machen könnte.

Weitere Informationen: Sakurai, Tsuneaki et al. "Prominente Elektronentransporteigenschaft für dreifach kondensiertes Metalloporphyrin-Dimer: gerichtete säulenförmige flüssigkristalline Anordnung durch amphiphiles molekulares Design." Marmelade. Chem. Soc., 130 (42), 13812-13813, 2008. 10.1021 / ja8030714.

via: Tech-On!