自组装器件

有机器件极大地受益于有机合成化学上非比寻常的进步,它允许合成各式各样的具有引人注意的电子功能的π-共轭分子。在新的著作中,来自上海有机化学研究所(中国)、日本埼玉县(Riken)与日本科学技术振兴机构(Japan Science and Technology Agency)的Wei-Shi Li、Takanori Fukushima、Takuzo Aida及其同事描述了利用共价键合的供体-受体(Donor–Acceptor)二分体侧链不相容,合成分子级精度的有机p/n异质结的设计方法。

 

尽管在对π-共轭分子进行长程排序的分子设计的情况下,可以容易地设计出有机器件,但产生的器件很少具有所期望的性能。薄膜有机光伏器件要求有电子-供体(D)与-受体(A)分子垂直组合以形成异质结。此外,若要达到高效光致电荷分离,生成的p型与n型半导体畴必须进行远距离连接。然而,D与A组件倾向于通过电荷转移相互作用组装在一起,这不利于光电变换。

通过合成寡聚噻吩(Oligothiophene, OT)与二萘嵌苯二酰亚胺(perylenediimide, PDI),可以得到共价键合的D-A二分体,它们的终端可以承受不相容或相容的侧链。具有不相容侧链的二分体本质上会自组装成纳米结构,而具有相容侧链的二分体则会组装成非定型的微纤维。通过闪光光解时间分辨微波电导率测量法(Flash-photolysis time-resolved microwave conductivity measurements)和瞬时吸收光谱法(transient absorption spectra),研究人员证实具有不相容侧链的组件的光电导输出比含有相容侧链的组件的光电导输出要大得多。

具有“侧链不相容”的设计方法有望从共价键合的D-A二分体实现p/n异质结。而且,该设计方法可产生远距离的结构完整性,它对良好的器件性能起着重要作用。Aida写道,“需要通过进一步的研究来详细阐述侧链不相容二分体的吸收范围和载体输送性能,从而研发分子水平的工程光伏器件。”

W.-S. Li et al., Chem. Asian J.; DOI: 10.1002/asia.201000111.