印刷创新改善了10倍的有机半导体效率

这张照片显示了1毫米宽的2厘米长的单晶有机半导体阵列。整齐的蓝色条带是提供更大的电荷迁移率。此处显示的斯坦福标志与一角一次具有相同的大小。

使用新的印刷过程，称为流量（流体增强的水晶工程），研究人员开发了高度对准的单晶有机半导体薄膜，其能够比使用常规方法产生的那些能够更有效地进行电力。

加利福尼亚州Menlo Park - 通过创新对印刷过程，研究人员对有机电子产品进行了重大改进 - 一种对轻质，低成本太阳能电池，灵活的电子显示器和微小传感器的技术的技术。印刷方法快速，适用于各种有机材料，以生产比目表所达到相似方法的最高质量的半导体。

有机电子设备对各种应用具有很大的承诺，但即使是今天可用的最高品质薄膜也缺乏电流。美国能源部（DOE）SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的团队开发了一种印刷过程，他们称之为流畅的流体增强的水晶工程 - 对于一些材料导致薄膜能够比薄膜更有效地进行电力10倍使用传统方法创建的。

“甚至更好地，流量的大部分概念都可以扩大符合行业要求，”斯坦福博士博士后研究人员和研究领先作者莹，目前在自然材料中出现。

STEFAN MANNSFELD，SLAC材料物理学家和实验的主要调查人员，表示关键是关注印刷过程的物理而不是半导体的化学化妆。刁造成了生产的过程，以生产大，整齐的晶体的条带，电荷可以通过容易地流动，同时保留“应变格子”结构和“溶液剪切”的益处，该方法在Mannsfeld的共同主体研究员的实验室中之前开发的“溶液剪切”印刷技术，斯坦福大斯坦福斯坦福大学研究所的斯坦福材料和能源科学研究所镇南宝教授。

该图像示出了一种称为“流线式表示”的模拟，其有机半导体溶液的流动围绕微米流动并在下面的空间中混合。颜色表示解决方案的不同速度，因为它通过了微米并在它们后面混合：深蓝色为0 mm / s，一直到红色为1.3 mm / s。

为了提前，刁重点是控制溶解有机材料的液体的流动。“这是拼图的重要片，”她说。如果墨水流量不均匀分布，那么在快速印刷期间的情况下通常情况下，半导体晶体将被缺陷呈缺陷。“但在这一领域，在控制流体流动时已经很少完成研究。”

刁设计了一种带有微小柱的印刷刀片，将墨水混合，使其形成均匀的薄膜。她还在另一个问题中设计了一种方法：晶体在衬底上随机形成的趋势。基板上的一系列巧妙设计的化学图案抑制了不守规矩的晶体的形成，否则将从印刷方向上的对齐延伸。结果是大，对齐晶体的薄膜。

在斯坦福Synchrotron辐射源（SSRL）上的集团的有机半导体的X射线研究允许它们检查它们的进展并继续进行改进，最终显示出比与其他基于溶液的其他溶液技术产生的晶体更长的整齐排列的晶体，并且具有更大的结构完美。

该组还使用具有显着不同的分子结构的第二有机半导体材料重复实验，并且再次看到薄膜质量显着提高。他们认为这是一个迹象，技术将在各种材料上工作。

主要调查员BAO和Mannsfeld表示，该组的下一步是钉住材料与使能如此恒星结果的过程之间的潜在关系。这种发现可以提供前所未有的对印刷薄膜的电子特性来控制，为将使用它们的设备优化它们。

“这可能导致有机电子产品的革命进步，”宝说。“我们一直在取得出色，但我认为我们只是只是刮伤了表面。”

其他研究共同作者包括来自斯坦福大学化学和化学电气工程和南京大学的研究人员。该研究得到了SLAC的实验室指导研发计划的支持。SSRL是由斯坦福大学代表Doe Science办事处运营的全国用户设施。

交叉极化光学显微照片比较没有微米（顶部）的有机半导体膜的样品，并在一毫米和50微米的尺度上用微米（底部）。注意与顶部中的图像相比，底部图像中的晶体的均匀性。

SLAC是一个多程序实验室，致力于探索光子科学，天体物理学，粒子物理学和加速器研究中的前沿问题。SLAC位于加利福尼亚州门洛帕克（Menlo Park），由斯坦福大学（Stanford University）负责美国能源部科学办公室。要了解更多信息，请访问www.slac.stanford.edu。

美国能源部科学办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者，并且致力于解决当今时代最紧迫的挑战。有关更多信息，请访问Science.energy.gov。

出版物：Ying Diao，等，“大面积有机半导体薄膜的溶液涂层，具有对齐的单晶域，”自然材料（2013）; DOI：10.1038 / NMAT3650

图片：Y. diao等。