Polymères semi-conducteurs, grand, molécules en forme de chaîne constituées de sous-unités répétitives, attirent de plus en plus l'attention des chercheurs en raison de leurs applications potentielles dans les dispositifs électroniques organiques. Comme la plupart des matériaux semi-conducteurs, les polymères semi-conducteurs peuvent être classés en type p ou type n en fonction de leurs propriétés conductrices. Bien que les polymères semi-conducteurs de type p aient connu des améliorations spectaculaires grâce aux progrès récents, on ne peut pas en dire autant de leurs homologues de type n, dont la conduction électronique (ou « mobilité électronique ») est encore mauvaise.

Malheureusement, les polymères semi-conducteurs de type n hautes performances sont nécessaires pour de nombreuses applications vertes, comme dans les types de cellules solaires. Les principaux défis qui freinent le développement de polymères semi-conducteurs de type n sont les stratégies de conception moléculaire et les procédures de synthèse limitées disponibles. Parmi les méthodes de synthèse existantes, Le DArP (qui signifie « polycondensation d'arylation directe ») a montré des résultats prometteurs pour la production de polymères semi-conducteurs de type n d'une manière respectueuse de l'environnement et efficace. Cependant, jusqu'à maintenant, les blocs de construction (monomères) utilisés dans la méthode DArP devaient avoir un groupe d'orientation afin de produire des polymères de manière fiable, et cela a sévèrement limité l'applicabilité du DArP pour fabriquer des polymères semi-conducteurs haute performance.

Maintenant, une équipe de recherche du Tokyo Institute of Technology dirigée par le professeur Tsuyoshi Michinobu a trouvé un moyen de contourner ce problème. Le groupe a produit deux longs polymères semi-conducteurs de type n (appelés P1 et P2) par la méthode DArP en utilisant du palladium et du cuivre comme catalyseurs, qui sont des matériaux ou des substances qui peuvent être utilisés favorisent ou inhibent des réactions spécifiques.

Les deux polymères étaient presque identiques et contenaient deux cycles thiazole, des molécules organiques pentagonales contenant un atome d'azote et un atome de soufre. Cependant, la position de l'atome d'azote des cycles thiazole était légèrement différente entre P1 et P2, lequel, comme les chercheurs l'ont découvert, conduit à des changements significatifs et inattendus dans leurs propriétés semi-conductrices et leur structure. Même si P1 avait une structure plus plane et devait avoir une mobilité électronique plus élevée, P2 a volé la vedette. L'épine dorsale de ce polymère est tordue et ressemble à des maillons de chaîne alternés. Plus important, les chercheurs ont été surpris de constater que la mobilité électronique de P2 était 40 fois supérieure à celle de P1, et même supérieur à celui du polymère semi-conducteur de type n de référence actuel. "Nos résultats suggèrent la possibilité que P2 soit la nouvelle référence parmi les matériaux semi-conducteurs de type n pour l'électronique organique, " dit le Pr Michinobu.

En outre, les dispositifs semi-conducteurs fabriqués à l'aide de P2 étaient également remarquablement stables, même lorsqu'il est stocké dans l'air pendant une longue période, ce qui est connu pour être une faiblesse des polymères semi-conducteurs de type n. Les chercheurs pensent que les propriétés prometteuses de P2 sont dues à sa structure plus cristalline (ordonnée) par rapport à P1, ce qui change la notion précédente selon laquelle les polymères semi-conducteurs devraient avoir une structure très plane pour avoir de meilleures propriétés semi-conductrices. "Notre nouvelle méthode DArP ouvre une porte pour synthétiser divers polymères semi-conducteurs de type n prometteurs qui ne peuvent pas être obtenus par des méthodes traditionnelles, " conclut le professeur Michinobu. Ce travail est un autre pas dans la direction d'un avenir plus vert avec une électronique organique durable.