化学掺杂可以有效调控有机半导体(OSCs)的载流子浓度、电荷迁移率以及能级,这对有机半导体在有机电子器件中的应用至关重要。然而,与p-型掺杂相比,n-型掺杂的研究远远落后。实现高效且空气稳定的n-型掺杂有助于改善电子传输和器件性能,并赋予新的功能和应用潜力。因此,有机半导体的n-型化学掺杂受到越来越高的关注。
在这篇综述中,作者针对n-型掺杂有机半导体的掺杂效率和掺杂空气稳定性问题进行了详细讨论(图1)。首先,文章对影响n-型有机半导体化学掺杂效率的因素进行了分类,然后揭示了n-型掺杂薄膜在大气环境下不稳定的根本原因。掺杂形貌、电荷转移和解离效率都会影响总体的掺杂效率,但这都可以通过分子设计和后处理进行精确调控(图2)。为了进一步提高n-型掺杂有机半导体的空气稳定性,一系列设计策略被提出,例如:调节分子最低未占据轨道(LUMO)能级、控制电荷离域程度、改善分子间相互堆积情况、自掺杂、进行原位n-型掺杂和厚膜自封装等等。同时,文章还介绍了n-型掺杂在先进有机电子领域的应用,比如:有机和钙钛矿太阳能电池、有机发光二极管、有机场效应晶体管、n-型导电墨水、有机热电材料等等。最后,作者对实现稳定高效的n-型掺杂有机半导体的新型掺杂方法和材料体系进行了展望。
朱晓张,江苏南通人,中国科学院化学研究所研究员,中国科学院大学教授。2001年,于吉林大学化学系,取得工学学士;2006年,于中国科学院化学研究所分子识别与功能实验室,获得理学博士;2006年-2008年,为德国乌尔姆大学有机化学(II)和先进材料研究所洪堡学者研究员;2008年-2012年,日本东京大学化学系,任JSPS特别研究员;2014年起,任中国化学会青年化学工作者委员会委员。朱晓张研究员课题组长期致力于发展具有独特光电磁物理特性和优异器件性能的新型有机pi-功能分子。课题组链接如下:
袁达飞,湖南郴州人,湖南大学材料科学与工程学院教授,博士生导师。2019年4月于中国科学院化学研究所有机固体重点实验室朱晓张研究员课题组取得博士学位后,分别在芝加哥大学化学系Luping Yu教授课题组(2019年4月-2021年5月),加州大学圣塔芭芭拉分校材料系主任Michael L. Chabinyc教授和美国工程院院士Rachel A. Segalman教授课题组(2021年-2022年8月)从事博士后研究。长期从事高性能有机半导体材料的设计合成以及先进有机电子器件的制备,包括在有机热电材料、双自由基导电材料、有机发光场效应晶体管材料等多个前沿领域取得具有创新和突破性的进展。迄今为止,共发表学术论文27篇,其中第一作者14篇,包括Chem(3篇)、J. Am. Chem. Soc.(1篇)、Angew. Chem., Int. Ed.(1篇)、Chem. Sci.(1篇)、 Chem. Soc. Rev.(1篇)、 Adv. Funct. Mater.(1篇)、Adv. Sci.(1篇)等,授权中国和美国专利各一项。课题组链接为: