Dans ce travail, nous utilisons une combinaison de techniques expérimentales et de calculs théoriques pour étudier comment les électrons font écran contre les pièges de charge induits par l'oxygène dans les semi-conducteurs organiques. Nous montrons que les électrons peuvent former un nuage autour des molécules d’oxygène, ce qui les empêche de piéger les porteurs de charge. Cet effet d’écran est plus fort dans les matériaux à forte mobilité électronique et peut être renforcé en augmentant la concentration de dopage.
Nos résultats apportent de nouvelles informations sur la physique du transport de charge dans les semi-conducteurs organiques et suggèrent des stratégies pour améliorer la conductivité de ces matériaux. Cela pourrait conduire au développement de cellules solaires organiques, de diodes électroluminescentes et d’autres dispositifs optoélectroniques plus efficaces.
Présentation
Les semi-conducteurs organiques sont une classe de matériaux qui ont des propriétés électriques similaires à celles des semi-conducteurs inorganiques, mais ils sont composés de molécules organiques plutôt que d'atomes. Cela les rend beaucoup plus polyvalents que les semi-conducteurs inorganiques et peuvent être transformés en films minces à l’aide de techniques basées sur des solutions. Cela les rend idéaux pour une utilisation dans diverses applications, telles que les cellules solaires, les diodes électroluminescentes et les transistors.
Cependant, les performances des semi-conducteurs organiques sont souvent limitées par la présence d’impuretés et de défauts. Ceux-ci peuvent piéger les porteurs de charge, ce qui réduit la conductivité du matériau. L’oxygène est l’un des tueurs de conductivité les plus courants dans les semi-conducteurs organiques, qui peut facilement se diffuser dans le matériau et former des pièges à charges.
Dans ce travail, nous utilisons une combinaison de techniques expérimentales et de calculs théoriques pour étudier comment les électrons font écran contre les pièges de charge induits par l'oxygène dans les semi-conducteurs organiques. Nous montrons que les électrons peuvent former un nuage autour des molécules d’oxygène, ce qui les empêche de piéger les porteurs de charge. Cet effet d’écran est plus fort dans les matériaux à forte mobilité électronique et peut être amélioré en augmentant la concentration de dopage.
Techniques expérimentales
Nous avons utilisé diverses techniques expérimentales pour étudier le filtrage des pièges à charge induits par l'oxygène dans les semi-conducteurs organiques. Ces techniques comprenaient :
* Spectroscopie de photoluminescence (PL) : La spectroscopie PL peut être utilisée pour mesurer l'émission de lumière d'un matériau semi-conducteur. L'intensité de l'émission PL est proportionnelle au nombre de porteurs de charge libres dans le matériau. Par conséquent, la spectroscopie PL peut être utilisée pour étudier comment l’oxygène affecte le nombre de porteurs de charge libres dans un semi-conducteur organique.
* Profilage capacité-tension (C-V) : Le profilage C-V peut être utilisé pour mesurer les propriétés électriques d'un matériau semi-conducteur. La capacité d'un matériau semi-conducteur est proportionnelle au nombre de porteurs de charge libres dans le matériau. Par conséquent, le profilage CV peut être utilisé pour étudier la manière dont l’oxygène affecte le nombre de porteurs de charge libres dans un semi-conducteur organique.
* Mesures de mobilité : Les mesures de mobilité peuvent être utilisées pour mesurer la vitesse de dérive des porteurs de charge dans un matériau semi-conducteur. La mobilité des porteurs de charges est proportionnelle au nombre de porteurs de charges libres dans le matériau. Par conséquent, les mesures de mobilité peuvent être utilisées pour étudier comment l’oxygène affecte le nombre de porteurs de charge libres dans un semi-conducteur organique.
Calculs théoriques
Nous avons également effectué des calculs théoriques pour étudier le filtrage des pièges à charge induits par l'oxygène dans les semi-conducteurs organiques. Ces calculs étaient basés sur la théorie fonctionnelle de la densité (DFT). DFT est une méthode informatique qui peut être utilisée pour calculer la structure électronique des matériaux. Nous avons utilisé la DFT pour calculer les niveaux d'énergie des molécules d'oxygène dans un semi-conducteur organique. Nous avons également calculé la densité de charge autour des molécules d'oxygène. Ces calculs nous ont permis de comprendre comment les électrons font écran contre les pièges à charge induits par l'oxygène.
Résultats et discussion
Nos résultats expérimentaux et théoriques montrent que les électrons peuvent former un nuage autour des molécules d'oxygène dans un semi-conducteur organique. Ce nuage d'électrons empêche les molécules d'oxygène de piéger les porteurs de charge. Cet effet d’écran est plus fort dans les matériaux à forte mobilité électronique et peut être amélioré en augmentant la concentration de dopage.
La figure suivante montre la densité de charge autour d'une molécule d'oxygène dans un semi-conducteur organique. Les régions rouges représentent les zones à forte densité électronique, tandis que les régions bleues représentent les zones à faible densité électronique. Comme on peut le constater, les électrons forment un nuage autour de la molécule d’oxygène. Ce nuage d’électrons empêche la molécule d’oxygène de piéger les porteurs de charge.
[Image de la densité de charge autour d'une molécule d'oxygène dans un semi-conducteur organique]
L’effet écran des électrons contre les pièges à charge induits par l’oxygène est un facteur important pour déterminer la conductivité des semi-conducteurs organiques. En comprenant cet effet, nous pouvons développer des stratégies pour améliorer la conductivité des semi-conducteurs organiques. Cela pourrait conduire au développement de cellules solaires organiques plus efficaces,
