Wetenschappers van het Skoltech Center for Energy Science and Technology (CEST) en het Institute for Problems of Chemical Physics van de Russische Academie van Wetenschappen hebben een nieuwe benadering ontwikkeld voor het maken van dunne halfgeleider fullereenfilms. De methode maakt de fabricage van organische elektronica mogelijk zonder gebruik te maken van giftige organische oplosmiddelen en dure vacuümtechnologieën, waardoor de milieurisico's worden verminderd en organische elektronica toegankelijker wordt. De resultaten van hun onderzoek zijn gepubliceerd in de Journal of Materials Chemistry C .

Organische elektronica biedt fabrikanten unieke mogelijkheden die met andere technologieën ondenkbaar zijn. Het lichte gewicht, flexibiliteit en lage kosten van organische halfgeleiders samen met hun op maat gemaakte eigenschappen opent brede mogelijkheden voor het ontwerpen van goedkope en efficiënte apparaten voor Internet of Things (IoT)-technologie, realtime gezondheidsmonitoring, voedselkwaliteitscontrole en vele andere toepassingen.

Echter, er zijn verschillende obstakels voor een grootschalig commercieel gebruik van organische halfgeleiders, in het bijzonder de milieurisico's die gepaard gaan met massaproductie van organische halfgeleiderelektronica met behulp van coating- en printtechnieken waarbij een grote hoeveelheid milieugevaarlijke giftige dampen van organische oplosmiddelen in de atmosfeer wordt geloosd. De vacuümmethoden zijn milieuvriendelijk maar zeer energie-intensief, wat resulteert in veel hogere productiekosten en grotere uitstoot van CO ₂ en andere broeikasgassen bij de opwekking van energie. Vervanging van giftige organische verbindingen, zoals chloroform, tolueen of 1, 2-dichloorbenzeen, met veilige oplosmiddelen zoals water of alcoholen kan een grote doorbraak zijn.

Een unieke vorm van koolstof, fullereen C60, wordt vertegenwoordigd door moleculen die qua vorm lijken op een voetbal en die een schat aan opmerkelijke eigenschappen bezitten, in het bijzonder zijnde goede n-type halfgeleiders. Echter, net als veel andere halfgeleiders, het is meestal oplosbaar in giftige (en vaak gechloreerde) organische oplosmiddelen.

Eerder, een onderzoeksteam onder leiding van Skoltech-professor Pavel Troshin heeft aangetoond dat zwavelhoudende fullereenderivaten ontleden bij lichte verhitting, initieel fullereen produceren. In hun recente werk de onderzoekers gebruikten deze eigenschap om dunne fullereenfilms te verkrijgen uit waterige oplossingen.

"Het doel van onze studie was om een ​​methode te ontwikkelen voor het coaten van dunne films van fullereen uit waterige of alcoholoplossingen. Van bijzonder belang in deze context zijn zwavelhoudende fullereenderivaten met ionogene (amine- of carboxyl)groepen die gemakkelijk oplosbaar zijn in water. Dit betekent dat men waterige oplossingen van deze voorloperverbindingen als "elektronische inkt" kan gebruiken en deze op een substraat kan aanbrengen met behulp van de bestaande print- en coatingtechnieken om films te verkrijgen die alleen hoeven te worden uitgegloeid om hoogwaardige fullereen halfgeleiderfilms te krijgen, " legt de eerste auteur van het artikel en Skoltech PhD-student uit, Artjom Novikov.

De fullereen halfgeleiderfilms verkregen uit een in water oplosbare precursorverbinding werden gebruikt om organische veldeffecttransistoren te maken met een hoge mobiliteit van ladingsdragers en gassensoren die analyt (ammoniak) kunnen detecteren in concentraties van minder dan 1 ppm.

De resultaten die in dit onderzoek zijn verkregen, tonen het grote potentieel aan van in water oplosbare voorloperverbindingen voor de milieuvriendelijke productie van organische elektronica.