Halvledande polymerer, stor, kedjeliknande molekyler gjorda av upprepande underenheter, drar alltmer uppmärksamhet hos forskare på grund av deras potentiella tillämpningar inom organiska elektroniska enheter. Liksom de flesta halvledande material, halvledande polymerer kan klassificeras som p-typ eller n-typ beroende på deras ledande egenskaper. Även om halvledande polymerer av p-typ har sett dramatiska förbättringar tack vare de senaste framstegen, detsamma kan inte sägas om deras motsvarigheter av n-typ, vars elektronledning (eller 'elektronmobilitet') fortfarande är dålig.

Tyvärr, högpresterande halvledande polymerer av n-typ är nödvändiga för många gröna applikationer, som i typer av solceller. De främsta utmaningarna som håller tillbaka utvecklingen av n-typ halvledande polymerer är de begränsade molekylära designstrategierna och syntesförfarandena som finns tillgängliga. Bland de befintliga syntesmetoderna, DArP (som står för 'direct arylation polykondensation') har visat lovande resultat för att producera n-typ halvledande polymerer på ett miljövänligt och effektivt sätt. Dock, tills nu, de byggstenar (monomerer) som användes i DArP -metoden var tvungna att ha en orienteringsgrupp för att på ett tillförlitligt sätt producera polymerer, och detta begränsade kraftigt tillämpningen av DArP för att göra högpresterande halvledande polymerer.

Nu, ett forskargrupp från Tokyo Institute of Technology under ledning av professor Tsuyoshi Michinobu har hittat en väg runt detta. Gruppen producerade två långa halvledande polymerer av n-typ (kallad P1 och P2) genom DArP-metoden genom att använda palladium och koppar som katalysatorer, som är material eller ämnen som kan användas främjar eller hämmar specifika reaktioner.

De två polymererna var nästan identiska och innehöll två tiazolringar - femkantiga organiska molekyler som innehåller en kväveatom och en svavelatom. Dock, positionen för kväveatomen i tiazolringarna var något annorlunda mellan P1 och P2, som, som forskarna fick reda på, lett till betydande och oväntade förändringar i deras halvledande egenskaper och struktur. Även om P1 hade en mer plan struktur och förväntades ha en högre elektronmobilitet, P2 stal showen. Ryggraden i denna polymer är vriden och liknar alternerande kedjelänkar. Mer viktigt, forskarna blev förvånade över att upptäcka att elektronmobiliteten för P2 var 40 gånger högre än för P1, och ännu högre än för den nuvarande riktmärket n-typ halvledande polymer. "Våra resultat tyder på möjligheten att P2 är det nya riktmärket bland n-typ halvledande material för organisk elektronik, "säger prof. Michinobu.

Dessutom, halvledande enheter tillverkade med P2 var också anmärkningsvärt stabila, även om den förvaras i luft under lång tid, vilket är känt för att vara en svaghet hos n-typ halvledande polymerer. Forskarna tror att de lovande egenskaperna hos P2 beror på dess mer kristallina (ordnade) struktur jämfört med P1, vilket ändrar den tidigare uppfattningen att halvledande polymerer bör ha en mycket plan struktur för att ha bättre halvledande egenskaper. "Vår nya DArP-metod öppnar en dörr för syntetisering av olika lovande n-typ halvledande polymerer som inte kan erhållas med traditionella metoder, "avslutar prof. Michinobu. Detta arbete är ytterligare ett steg i riktningen mot en grönare framtid med hållbar organisk elektronik.