Les scientifiques du NUS ont rapporté dans La nature la découverte de donneurs d'électrons universels latents à partir d'anions communs, comme l'oxalate, qui peut transférer puissamment des électrons aux semi-conducteurs organiques, réaliser le rêve de réaliser des couches d'injection d'électrons avec des fonctions de travail ultra-faibles qui peuvent encore être traitées à partir d'une solution dans l'environnement. Cela devrait ouvrir de nombreuses nouvelles possibilités, non seulement pour l'électronique organique, mais aussi d'autres semi-conducteurs avancés, y compris les points quantiques, nanofils, matériaux bidimensionnels (2-D), et pérovskites.

Le travail de sortie d'un matériau est la quantité minimale d'énergie nécessaire pour éliminer l'électron le moins étroitement lié au vide. Cela détermine la capacité de ce matériau à injecter des électrons dans un semi-conducteur. Les couches d'injection d'électrons nécessitent un travail de sortie suffisamment faible, de préférence beaucoup plus petit que 4 électron-volts, pour injecter efficacement dans (et collecter) les électrons de nombreux nouveaux semi-conducteurs. Cependant, cela nécessite généralement l'évaporation de films minces de métaux réactifs dans des conditions de vide, ce qui limite l'architecture des appareils, traitabilité, et la fabricabilité. Les matériaux à fonction de travail ultra-faible se dégradent par exposition à l'air.

Maintenant, l'équipe Chimie dirigée par le Pr Lay-Lay CHUA, et des équipes de physique dirigées par le Dr Rui-Qi PNG et le professeur Peter HO, du Laboratoire des Nano Dispositifs Organiques, Les NUS ont démontré que les anions multivalents, comme l'oxalate, carbonate et sulfite, peuvent agir comme de puissants donneurs d'électrons latents, lorsqu'ils sont dispersés sous forme de petits amas d'ions dans une matrice polymère de polyélectrolytes conjugués appropriés. Les polyélectrolytes conjugués sont des polymères avec des groupes latéraux ioniques et des électrons délocalisés dans le squelette. Surtout, le mélange peut être traité à partir d'une solution dans l'air, et l'anion ne transfère spontanément des électrons à l'hôte polymère qu'après séchage, protégeant ainsi par hasard le matériau de la dégradation atmosphérique. Avec l'hôte polyélectrolytique approprié, des fonctions de travail aussi basses que 2,4 électron-volts ont été atteintes, surmonter l'énigme de longue date consistant à marier des matériaux à fonction de travail ultra-faible avec le traitement de la solution. L'équipe de recherche a démontré la polyvalence de cette découverte en fabriquant une variété de diodes électroluminescentes blanches hautes performances et de cellules solaires organiques à l'aide de couches d'injection d'électrons traitées en solution.

"Contrairement aux dopants précurseurs, ces anions ne nécessitent pas de transformation chimique pour devenir actifs, " a expliqué le Dr Png. " Ils fonctionnent parce que la répulsion entre les électrons dans ces anions fait que leur niveau de donneur d'électrons reste élevé, même à l'état solide, quand ils se déshydratent. Avec une conception soignée de l'hôte polyélectrolyte, nous pouvons obtenir des matériaux à fonction de travail ultra-faible jusqu'alors inimaginables."

Le professeur Chua a dit, « Ce travail s'étend, et s'appuie sur, la plate-forme polymère auto-compensée à charge dopée que nous avons lancée il y a trois ans. "Ce fut une délicieuse surprise de la nature que des anions aussi simples puissent être exploités pour accomplir ce qui a été le Saint Graal de ce domaine au cours des deux dernières décennies."

Les équipes travaillent actuellement avec des partenaires industriels et académiques pour étendre l'approche à d'autres types de dispositifs, et d'établir la technologie.