Menuju Optoelektronik Organik Berperforma Tinggi dengan Kristalinitas Lebih Baik di Antarmuka Semikonduktor
Physics

Menuju Optoelektronik Organik Berperforma Tinggi dengan Kristalinitas Lebih Baik di Antarmuka Semikonduktor

Antarmuka molekul organik dengan ketidakcocokan struktural yang diminimalkan dan transfer elektron spontan dapat membuka pintu bagi optoelektronika efisiensi tinggi.

Semikonduktor organik telah mengumpulkan banyak perhatian dalam optoelektronik karena fleksibilitasnya, yang diizinkan oleh gaya interaksi yang lemah.

Namun, ini juga membuat mobilitas pembawa muatan menjadi buruk. Dalam sebuah studi baru, para peneliti dari Jepang menggabungkan molekul semikonduktor organik dengan struktur serupa untuk menghasilkan antarmuka dengan kualitas kristal yang lebih baik dan efisiensi transportasi muatan, membuka jalan bagi realisasi optoelektronik organik mobilitas tinggi.

Perangkat elektronik semikonduktor dapat dibuat dari kristal anorganik, yang dibentuk oleh ikatan kuat atom dan ion, atau kristal organik, yang menunjukkan ikatan yang lebih lemah yang disatukan oleh gaya van der Waals (gaya tarik listrik lemah antara atom netral atau molekul yang tidak berbagi ikatan kimia).

Ikatan lemah ini membuat semikonduktor organik layak untuk aplikasi optoelektronik fleksibel seperti perangkat elektronik yang dapat dipakai dan sel surya fleksibel. Namun, karakteristik ini juga memberi mereka kerugian: semikonduktor organik biasanya menunjukkan mobilitas pembawa muatan yang buruk dan, oleh karena itu, tidak menghantarkan listrik dengan baik.

Diketahui bahwa semikonduktor kristal tunggal dapat menghantarkan listrik jauh lebih baik dibandingkan dengan bentuk non-kristalnya. Selain itu, kristal yang tersusun dari molekul organik dapat ditumbuhkan untuk memiliki antarmuka dengan sedikit ketidakcocokan struktural bahkan ketika strukturnya sangat berbeda. Apakah ada cara untuk memanfaatkan sifat-sifat ini untuk meningkatkan pengangkutan muatan dalam semikonduktor organik?

Di sinilah para peneliti dari Tokyo University of Science, Jepang memutuskan untuk turun tangan. Dalam sebuah studi baru yang dipimpin oleh Associate Professor Yasuo Nakayama, para peneliti berusaha untuk meningkatkan efisiensi transportasi muatan dengan meminimalkan ketidaksesuaian struktur kristal antara lapisan kristal yang tumbuh dan substrat. .

“Saya ingin memastikan apakah kualitas kristal pada antarmuka akan lebih baik jika kami menggabungkan bahan dengan struktur serupa sehingga kami dapat membuat antarmuka kristal bahkan dengan bahan anorganik,” kata Dr. Nakayama, berbicara tentang motivasi pribadinya untuk penelitian. Makalah ini tersedia secara online pada 18 November 2021, dan diterbitkan dalam Volume 12, Edisi 46 dari Jurnal Surat Kimia Fisik pada 25 November 2021.

Tim merancang antarmuka kristal berkualitas tinggi menggunakan teknik yang disebut “pertumbuhan quasi-homo-epitaxial” untuk menumbuhkan bis(trifluoromethyl)dimethylrubrene pada permukaan kristal tunggal rubrene. Mereka menggunakan pengukuran difraksi sinar-X permukaan untuk mengkarakterisasi antarmuka dan menunjukkan kristalinitasnya yang tinggi yang dihasilkan dari ketidakcocokan struktur yang diminimalkan. Ini menghilangkan masalah mobilitas.

Selain itu, mereka menyelidiki struktur elektroniknya menggunakan spektroskopi fotoelektron ultraviolet, yang mengungkapkan langkah mendadak dalam tingkat energi elektronik di seluruh antarmuka. Ini memungkinkan transfer elektron spontan melintasi antarmuka, memvalidasi strategi mereka.

Dengan hasil ini, tim sekarang bersemangat tentang aplikasi potensial dari temuan mereka. “Pekerjaan kami berpotensi membuka rute yang belum teruji untuk realisasi optoelektronik semikonduktor organik mobilitas tinggi. Selain itu, karena semikonduktor organik dapat dibuat menjadi kristal tipis dan ringan, perangkat semikonduktor dapat dicetak pada film dan kain transparan untuk dibawa dan dipakai,” berspekulasi Dr Nakayama. “Selain itu, ini juga dapat menghasilkan sel surya fleksibel yang sangat efisien dengan kinerja yang lebih baik daripada teknologi yang ada.”

Sumber: Universitas Sains Tokyo



Posted By : hk prize