Onderzoekers van de Graduate School of Bio-Applications and Systems Engineering aan de Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) hebben de beweging van elektronen in organische halfgeleiderfilms met twee tot drie orden van grootte versneld. De snellere elektronica zou kunnen leiden tot een beter gebruik van zonne-energie en transistors over de hele wereld, volgens de wetenschappers. Ze publiceerden hun resultaten in het septembernummer van Macromoleculaire chemie en fysica .

Onder leiding van Kenji Ogino, een professor aan de Graduate School of Bio-Applications and Systems Engineering aan de TUAT, Japan, het team ontdekte dat het toevoegen van polystyreen, algemeen bekend als piepschuim in Noord-Amerika, zou het halfgeleidende polymeer kunnen verbeteren door elektronen snel van vlak naar vlak te laten gaan. Het proces, gatenmobiliteit genoemd, is hoe elektronen door een elektrisch veld bewegen dat uit meerdere lagen bestaat. Wanneer een molecuul een elektron mist, een elektron uit een ander vlak kan springen of vallen en zijn plaats innemen.

Door middel van verschillende beeldvormende technieken, het is vrij eenvoudig om het elektronenspoor in de op kristallen gebaseerde structuren te volgen. In veel halfgeleidende polymeren, echter, de schone, gedefinieerde lijnen van het kristallijne skelet verstrengelen zich met een veel moeilijker te definiëren gebied dat het amorfe domein wordt genoemd.

"[Elektronen] transport in zowel kristallijne als amorfe domeinen. Om de totale elektronenmobiliteit te verbeteren, het is noodzakelijk om de aard van het amorfe domein te beheersen, " zei Ogino. "We ontdekten dat de mobiliteit van gaten buitengewoon verbeterde door de introductie van een polystyreenblok dat gepaard ging met een toename van de verhouding van het stijve amorfe domein."

De onderzoekers geloven dat de manier waarop het kristallijne domein zich in zichzelf verbindt, het meest effectief gebeurt via het rigide amorfe domein. De toevoeging van polystyreen introduceerde een meer amorf domein, maar bevat door flexibele ketens van koolstof- en waterstofatomen. Ook al zijn de kettingen flexibel, het zorgt voor stevigheid, en een zekere mate van controle, naar het amorfe domein.

Elektronen bewogen twee tot drie keer sneller dan normaal.

"De introductie van een flexibele keten in semikristallijne polymeren is een van de veelbelovende strategieën om de verschillende functionaliteiten van polymeerfilms te verbeteren door de kenmerken van het amorfe domein te veranderen, " zei Ogino. "We stellen voor dat het starre amorfe domein een belangrijke rol speelt in het proces van het transporteren van gaten."

Verbeterde mobiliteit van gaten is een cruciale factor bij het ontwikkelen van efficiëntere zonne-apparaten, volgens Ogino. Volgende, Ogino en de onderzoekers zijn van plan te onderzoeken hoe de verbeterde mobiliteit van de gaten andere parameters beïnvloedde, zoals de chemische samenstelling en positie van de structuren in de polymeerfilm.