이 연구에서, 우리는 실험 기술과 이론적 계산의 조합을 사용하여 전자가 유기 반도체의 산소 유발 전하 트랩에 대한 전자 스크린을 조사하는 방법을 조사합니다. 우리는 전자가 산소 분자 주위에 구름을 형성 할 수 있음을 보여줍니다. 이 스크리닝 효과는 전자 이동성이 높은 재료에서 더 강하며 도핑 농도를 증가시켜 향상 될 수 있습니다.
우리의 연구 결과는 유기 반도체의 전하 운송 물리에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 이러한 재료의 전도도를 향상시키기위한 전략을 제안합니다. 이는보다 효율적인 유기 태양 전지, 광 방출 다이오드 및 기타 광전자 장치의 개발로 이어질 수 있습니다.
소개
유기 반도체는 무기 반도체와 유사한 전기적 특성을 갖는 물질의 종류이지만 원자가 아닌 유기 분자로 구성됩니다. 이로 인해 무기 반도체보다 훨씬 다재다능하며 용액 기반 기술을 사용하여 박막으로 처리 할 수 있습니다. 이를 통해 태양 전지, 광 방출 다이오드 및 트랜지스터와 같은 다양한 응용 분야에서 사용하기에 이상적입니다.
그러나, 유기 반도체의 성능은 종종 불순물 및 결함의 존재에 의해 제한된다. 이들은 전하 운반체를 가두어 재료의 전도도를 줄일 수 있습니다. 유기 반도체에서 가장 일반적인 전도도 킬러 중 하나는 산소이며, 이는 물질로 쉽게 확산되어 충전 트랩을 형성 할 수 있습니다.
이 연구에서, 우리는 실험 기술과 이론적 계산의 조합을 사용하여 전자가 유기 반도체의 산소 유발 전하 트랩에 대한 전자 스크린을 조사하는 방법을 조사합니다. 우리는 전자가 산소 분자 주위에 구름을 형성 할 수 있음을 보여줍니다. 이 스크리닝 효과는 전자 이동성이 높은 재료에서 더 강하며 도핑 농도를 증가시켜 향상 될 수 있습니다.
실험 기술
우리는 다양한 실험 기술을 사용하여 유기 반도체에서 산소 유발 전하 트랩의 스크리닝을 조사했습니다. 이러한 기술에는 다음이 포함되었습니다.
* 광 발광 (PL) 분광법 : PL 분광법은 반도체 재료로부터의 빛의 방출을 측정하는데 사용될 수있다. PL 방출의 강도는 재료의 자유 충전 담체의 수에 비례합니다. 따라서, PL 분광법을 사용하여 산소가 유기 반도체의 자유 충전 담체의 수에 어떤 영향을 미치는지 조사 할 수있다.
* 커패시턴스 전압 (C-V) 프로파일 링 : C-V 프로파일 링은 반도체 재료의 전기적 특성을 측정하는 데 사용될 수 있습니다. 반도체 재료의 커패시턴스는 재료의 자유 충전 담체의 수에 비례합니다. 따라서, C-V 프로파일 링은 산소가 유기 반도체의 자유 충전 담체의 수에 어떤 영향을 미치는지 조사 할 수있다.
* 이동성 측정 : 이동성 측정은 반도체 재료에서 전하 담체의 드리프트 속도를 측정하는 데 사용될 수 있습니다. 전하 운반체의 이동성은 재료의 자유 충전 담당자의 수에 비례합니다. 따라서, 이동성 측정을 사용하여 산소가 유기 반도체의 자유 충전 담체의 수에 어떤 영향을 미치는지 조사 할 수있다.
이론적 계산
또한 유기 반도체에서 산소 유발 전하 트랩의 스크리닝을 조사하기 위해 이론적 계산을 수행했습니다. 이러한 계산은 밀도 기능 이론 (DFT)을 기반으로합니다. DFT는 재료의 전자 구조를 계산하는 데 사용할 수있는 계산 방법입니다. 우리는 DFT를 사용하여 유기 반도체에서 산소 분자의 에너지 수준을 계산했습니다. 또한 산소 분자 주변의 전하 밀도를 계산했습니다. 이러한 계산을 통해 전자가 산소 유발 전하 트랩에 대해 스크린을 스크리닝하는 방법을 이해할 수있었습니다.
결과 및 토론
우리의 실험 및 이론적 결과는 전자가 유기 반도체에서 산소 분자 주위에 구름을 형성 할 수 있음을 보여줍니다. 이 전자 구름은 산소 분자가 트래핑 전하 담체를 방지합니다. 이 스크리닝 효과는 전자 이동성이 높은 재료에서 더 강하며 도핑 농도를 증가시켜 향상 될 수 있습니다.
다음 그림은 유기 반도체의 산소 분자 주변의 전하 밀도를 보여줍니다. 적색 영역은 전자 밀도가 높은 영역을 나타내며, 청색 영역은 낮은 전자 밀도의 영역을 나타냅니다. 알 수 있듯이, 전자는 산소 분자 주위에 구름을 형성합니다. 이 전자 구름은 산소 분자가 트래핑 전하 담체를 방지합니다.
[유기 반도체의 산소 분자 주변의 전하 밀도의 이미지]
산소-유도 전하 트랩에 대한 전자의 스크리닝 효과는 유기 반도체의 전도도를 결정하는 데 중요한 요소이다. 이 효과를 이해함으로써 유기 반도체의 전도도를 향상시키기위한 전략을 개발할 수 있습니다. 이것은보다 효율적인 유기 태양 전지의 발달로 이어질 수 있습니다.
