最新Nature Materials：混合对有机半导体薄膜带隙的影响

有机半导体几乎可以在任何衬底上制造出柔性、低成本的器件。有机发光二极管（OLEDs）已在智能手机显示屏市场占据主导地位，而集成在建筑物中的有机太阳能电池或标签中的有机场效应晶体管正在商业化。然而，在无机半导体中，电子能级的可调谐性实际上更容易通过混合的能带结构工程来实现。最近的研究发现，通过混合的能带结构工程在有机半导体中也起作用，但是物理机制不同。对于大多数应用，改变能隙比改变传输能更重要。目前还不可能通过混合来实现有机半导体中可控的能隙变化。需要掺杂具有不同间隙和较大形状差异的分子以调整间隙，但是在OLED共掺杂物中激子会向较低间隙发射极分子弛豫。一个易被忽略的事实是掺杂会改变层中的介电常数ε_r，而ε_r对器件功能很重要。在热激活延迟荧光中，其影响最低单重态和三重态激发态之间的距离，ΔE_ST决定系统间的反向交叉率和量子效率。因此，研究混合对εr和单粒子间隙的影响与所有有机器件有关

在2021年6月10日，德国德累斯顿工业大学Karl Leo和Frank Ortmann（共同通讯作者）等人报道了当混合两个不同间隙的分子时，有机半导体的单粒子间隙会连续不断的变化。作者研究了一系列基于噻吩的太阳能电池吸收剂，并且表明可以发生紧密混合和相分离。对于紧密混合的混合物，通过光电子能谱和逆光电子能谱（IPES）确定电离能（IE）和电子亲合性（EA）。通过包括共混物结构描述的综合理论研究，很好的描述了所观察到的IE-EA间隙的连续变化。理论分析表明，介电常数（ε_r）的变化是引起连续偏移的主要影响是。初步的光学数据表明激子间隙同样受混合控制。此外，作者将在进一步的研究中探讨这种能级工程策略对光电器件的实际影响。

Band gap engineering in blended organic semiconductor films based on dielectric interactions. Nature Materials, 2021, DOI: 10.1038/s41563-021-01025-z.