Kun je je voorstellen dat je je mobiele telefoon oplaadt door simpelweg je lichaamswarmte te gebruiken? Het klinkt misschien nog steeds nogal futuristisch, maar thermo-elektriciteit kan het. Bij thermo-elektriciteit draait alles om het omzetten van warmte in bruikbare energie, meestal met behulp van anorganische materialen.

Vanwege hun mechanische flexibiliteit, lichtgewicht en lage thermische geleidbaarheid zijn organische halfgeleiders naar voren gekomen als een veelbelovend materiaalsysteem, vooral voor flexibele thermo-elektrische toepassingen. Efficiënte doping voor het maken van ladingdragers is de sleutel tot de prestaties van thermo-elektrische apparaten. Conventionele bulkdoping introduceert typisch wanorde bij hoge doteringsconcentraties die de elektrische geleidbaarheid beperken.

"In onze studie hebben we de modulatie-dopingbenadering toegepast op sterk geordende organische dunne films, waarbij de doteringsverontreiniging wordt gescheiden van het geleidingskanaal. Met deze methode zijn we in staat om zeer efficiënte dotering te bereiken, zelfs bij hoge doteringsdichtheden zonder de ladingstransport in de dunne films", legt eerste auteur Dr. Shu-Jen Wang van het Instituut voor Toegepaste Natuurkunde van de TU Dresden uit.

Het team rond Prof. Karl Leo onderzocht de lading en het thermo-elektrisch transport in modulatie-gedoteerde rubreen dunne-filmkristallen met een groot oppervlak en verschillende kristalfasen. Ze waren in staat om aan te tonen dat modulatiedoping het mogelijk maakt om superieure dopingefficiënties te bereiken, zelfs voor hoge dopingdichtheden, wanneer conventionele bulkdoping in het reserveregime terechtkomt. Met modulatie gedoteerd orthorhombisch rubreen bereikt veel verbeterde thermo-elektrische vermogensfactoren.

"Onze resultaten laten zien dat modulatiedoping samen met kristallijne organische halfgeleiderfilms met hoge mobiliteit een nieuwe strategie is voor het bereiken van hoogwaardige organische thermo-elektrische materialen. Het belangrijkste voordeel van de modulatie-dopingtechniek is het vermijden van geïoniseerde onzuiverheidsverstrooiing in de zeer geordende ongedoteerde smalle bandgap halfgeleider waardoor zowel de concentratie van de drager als de mobiliteit onafhankelijk kunnen worden gemaximaliseerd", zegt Shu-Jen Wang.

Prof. Karl Leo voegt eraan toe dat hun "werk nieuwe manieren effent om flexibele thermo-elektrische apparaten te bereiken die het mogelijk maken om op een elegante en efficiënte manier rechtstreeks elektrische stroom uit warmte op te wekken. dopingbenadering met organische halfgeleiders met hoge mobiliteit."

Het onderzoek is gepubliceerd in Science Advances . + Verder verkennen

Een strategie om de doping van 2D-transistoren op afstand te moduleren