半導體是所有現代電子產品的基礎。現在，瑞典林雪平大學的研究人員開發了一種新方法，在空氣作為摻雜劑的幫助下，有機半導體可以變得更加導電，有望提高電子設備生產的可擴展性和環境永續性。這項發表在《自然》（Nature）雜誌上的研究是邁向未來廉價和永續有機半導體的重要一步。

這種新方法是將導電塑料浸入一種特殊的鹽溶液（一種光催化劑）中，然後用光對其進行短時間的照射，從而得到一種摻雜p 的導電塑料，在這種塑料中，唯一消耗的物質是空氣中的氧氣。資料來源：Thor Balkhed

我們相信，這種方法將極大地影響我們摻雜有機半導體的方式。林雪平大學副教授西蒙娜-法比亞諾（Simone Fabiano）說：”所有元件都價格低廉、易於獲得，而且可能對環境無害，這是未來可持續電子產品的先決條件。”

基於導電塑膠而非矽的半導體具有許多潛在應用。其中，有機半導體可用於數位顯示器、太陽能電池、發光二極體、感測器、植入物和能源儲存。

林雪平大學有機電子實驗室的研究人員楊志遠、Simone Fabiano 和Qingqing Wang。圖片來源：Thor Balkhed

為了增強導電性和改變半導體特性，通常會引入所謂的摻雜劑。這些添加劑可促進半導體材料內部電荷的移動，並可客製化為誘導正電荷（p-摻雜）或負電荷（n-摻雜）。目前最常用的摻雜劑通常反應性很強（不穩定）、價格昂貴、製造難度高，或三者兼具。

現在，林雪平大學的研究人員開發出了一種可在室溫下進行的摻雜方法，將氧等低效摻雜劑作為主要摻雜劑，並透過光激活摻雜過程。

“我們的方法受到了大自然的啟發，因為它與光合作用等有許多相似之處。在我們的方法中，光能激活光催化劑，然後促進電子從通常低效的摻雜劑轉移到有機半導體材料，”Simone Fabiano 說。

這種新方法是將導電塑膠浸入一種特殊的鹽溶液（一種光催化劑）中，然後用光照短時間。光照時間的長短決定了材料的摻雜程度。之後，將溶液回收以供將來使用，留下的是摻雜p 的導電塑料，其中唯一消耗的物質是空氣中的氧氣。

林雪平大學資深副教授Simone Fabiano。圖片來源：Thor Balkhed

之所以能夠做到這一點，是因為光催化劑充當了”電子穿梭機”的角色，在犧牲性弱氧化劑或還原劑存在的情況下，向材料吸收電子或捐贈電子。這在化學中很常見，但以前從未在有機電子學中使用過。

“我們還可以在同一反應中結合p 摻雜和n 摻雜，這是非常獨特的。這簡化了電子設備的生產，尤其是那些需要同時摻雜p 和n 的半導體的設備，如熱電發生器。

與傳統半導體相比，摻雜有機半導體具有更好的導電性，而且這種製程可以按比例放大。有機電子實驗室的西蒙娜-法比亞諾（Simone Fabiano）及其研究小組於2024年早些時候展示瞭如何利用水等環保溶劑加工導電塑料；這是他們的下一步研究。

沃倫貝格學院研究員西蒙娜-法比亞諾（Simone Fabiano）說：”我們正在努力全面了解其背後的機制以及還有哪些潛在的應用領域。但這是一種非常有前景的方法，表明光催化摻雜是有機電子學的新基石。

編譯來源：ScitechDaily