â Vi tror att den hĂ€r metoden verkligen kan förĂ€ndra sĂ€ttet vi dopar organiska halvledare. Alla bestĂ„ndsdelar Ă€r billiga, lĂ€ttillgĂ€ngliga och potentiellt miljövĂ€nliga vilket Ă€r en förutsĂ€ttning för framtidens hĂ„llbara elektronik, sĂ€ger Simone Fabiano, bitrĂ€dande professor vid Linköpings universitet.
Halvledare som Àr baserade pÄ ledande plaster i stÀllet för kisel har mÄnga potentiella anvÀndningsomrÄden. Bland annat kan de organiska halvledarna anvÀndas i digitala skÀrmar, solceller, lysdioder, sensorer, implantat och för energilagring.
För att förbÀttra ledningsförmÄgan och Àndra egenskaperna hos halvledare tillsÀtts oftast sÄ kallade störÀmnen, det kallas för att materialet dopas.
Inspirerade av naturen
Nu har forskare vid Linköpings universitet utvecklat en dopningsmetod som kan utföras i rumstemperatur dÀr ineffektiva störÀmnen som syre anvÀnds för att dopa materialet och ljus aktiverar dopningsprocessen.
â Vi har varit inspirerade av naturen och det finns mĂ„nga liknelser med till exempel fotosyntesen. I vĂ„r metod aktiverar ljuset en fotokatalysator som sĂ€tter i gĂ„ng en elektrontransport frĂ„n ett typiskt ineffektivt störĂ€mne in i det organiska halvledarmaterialet, sĂ€ger Simone Fabiano.
Den nya metoden gĂ„r ut pĂ„ att den ledande plasten doppas i en sĂ€rskild saltlösning â en fotokatalysator â för att sedan belysas med ljus under en kort tid. Hur lĂ€nge plasten blir belyst avgör till vilken grad materialet dops. Sedan sköljs lösningen av och samlas in för framtida bruk och kvar Ă€r en p-dopad ledande plast dĂ€r det enda Ă€mnet som har förbrukas Ă€r syret i luften.
GĂ„r att skala upp
Detta Ă€r möjligt tack vare att fotokatalysatorn fungerar som en âelektronskyttelâ som tar och avger elektroner hos materialet i nĂ€rheten av svaga oxidations- eller reduktionsĂ€mnen. Detta Ă€r vanligt förekommande inom kemin men har inte anvĂ€nts inom organisk elektronik tidigare.
â Det gĂ„r ocksĂ„ att kombinera p-dopning och n-dopning i samma reaktion vilket Ă€r unikt. Det förenklar tillverkningen av elektronik, speciellt dĂ€r bĂ„de p- och n-dopade halvledare Ă€r nödvĂ€ndiga, som termoelektriska generatorer, sĂ€ger Simone Fabiano.
Det innebÀr att det gÄr att tillverka alla komponenter pÄ en gÄng och dopa dem samtidigt vilket gör att processen gÄr att skala upp. Dessutom har den dopade organiska halvledaren bÀttre ledningsförmÄga Àn traditionella halvledare. Simone Fabiano och hans forskargrupp vid Laboratoriet för organisk elektronik visade tidigare under 2024 hur den ledande plasten kan framstÀllas pÄ ett miljövÀnligt sÀtt och det hÀr Àr nÀsta steg.
â Vi Ă€r i inledningen av att försöka förstĂ„ mekanismen bakom fullt ut och vilka andra potentiella anvĂ€ndningsomrĂ„den som finns. Men det Ă€r ett vĂ€ldigt lovande angreppssĂ€tt och visar att fotokatalytisk dopning Ă€r en ny grundbult inom organisk elektronik, sĂ€ger Simone Fabiano som Ă€r Wallenberg Academy Fellow.
Forskningen finansierades av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Wallenberg Wood Science Centre, Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability, VetenskapsrÄdet, Olle Engkvists stiftelse, Europeiska kommissionen samt via den svenska regeringens strategiska forskningsomrÄde inom avancerade funktionella materiel, AFM, vid Linköpings universitet. Wenlong Jin, Chi-Yuan Yang och Simone Fabiano har ansökt om patent baserat pÄ arbetet i studien och de tvÄ senare Àr grundare av n-Ink AB, ett avknoppningsföretag frÄn LiU.
Artikeln: Photocatalytic doping of organic semiconductors, Wenlong Jin, Chi-Yuan Yang, Riccardo Pau, Qingqing Wang, Eelco K. Tekelenburg, Han-Yan Wu, Ziang Wu, Sang Young Jeong, Federico Pitzalis, Tiefeng Liu, Qiao He, Qifan Li, Jun-Da Huang, Renee Kroon, Martin Heeney, Han Young Woo, Andrea Mura, Alessandro Motta, Antonio Facchetti, Mats Fahlman, Maria Antonietta Loi, Simone Fabiano. Nature 2024, publicerad online 15 maj 2024. DOI: 10.1038/s41586-024-07400-5
