ИСТИНА

Органическая электроника – это быстроразвивающаяся область науки и техники, основанная на уникальных свойствах некоторых полимеров, олигомеров и малых молекул, обладающих системой сопряженных связей, проводить электрический ток, проявляя при этом свойства проводников или полупроводников. Это позволяет получать легкие, гибкие, растяжимые, прозрачные устройства недорогими печатными методами на соответствующих полимерных подложках, проявляющих диэлектрические свойства, с нанесенными на них тонкими покрытиями из проводящих полимеров или композитных материалов на их основе. В докладе будут рассмотрены актуальные требования к полимерам и полимерным композитным материалам, используемых для получения различных устройств органической электроники и приведены конкретные примеры таких материалов, разрабатываемых в ведущих мировых научных центрах. Среди таких устройств следует выделить органические полевые транзисторы (ОПТ) и различные сенсоры на их основе, органические солнечные батареи (ОСБ) и фотодетекторы, органические светоизлучающие диоды (ОСИД) и транзисторы (ОСИТ). Для каждого из вышеупомянутых устройств существуют свои требования к используемым в них полупроводниковым функциональным материалам как в части основной характеристики полупроводников – подвижности носителей зарядов, так и в других свойствах, включая ширину запрещенной зоны, граничные уровни молекулярных орбиталей, способность поглощать или излучать свет в определенной спектральной области и др. При этом особые требования предъявляются и к используемым в органической электронике полимерным подложкам – высокая термо- и теплостойкость, низкая шероховатость, малая толщина и ее равномерность, прозрачность, высокие барьерные свойства. Для ОПТ наиболее важным требованием к используемым в них полимерным полупроводникам является высокая подвижность носителей зарядов (1 см2/Вс и более), а также возможность наносить все слои печатными методами. Для этого иногда применяют смеси высокоэффективных растворимых органических полупроводников с обычными полимерами, проявляющими диэлектрические свойства. Для ОСБ, в которых для повышения эффективности используют смеси двух и более сопряженных полимеров, олигомеров или малых молекул, с образованием объемного гетероперехода, ключевыми является поглощение функционального материала в максимально широкой части видимого и ближнего ИК спектра, а также согласование уровней граничных молекулярных орбиталей между собой и с работой выхода электродов, которой также можно управлять путем введения тех или иных тонких интерфейсных полимерных слоев. Синтез новых полимерных полупроводников, использование донорно-акцепторных фрагментов и нефуллереновых акцепторов на их основе, а также оптимизация структуры устройств позволили добиться высокой эффективности преобразования солнечного света в ОСБ, превышающей 20%. Для ОСИД ключевое значение имеет эффективность люминесценции используемых в них функциональных материалов, для повышения которой часто используют допирование полимерной матрицы более эффективными светоизлучающими малыми молекулами, вводят дополнительные инжекционные, транспортные и блокирующие слои. При этом наиболее перспективным подходом является использование эффекта термически активированной задержанной флуоресценции, теоретически позволяющим добиться внутренней квантовой эффективности до 100%. При этом для всех вышеупомянутых типов устройств органической электроники важна высокая стабильность используемых в них органических и полимерных полупроводников, которая в первую очередь определяется значениями уровней их граничных молекулярных орбиталей, но также зависит и от их фазового состояния, температур стеклования и плавления, наличия низкотемпературных фазовых переходов и условий эксплуатации устройства. Для ОСБ и ОСИД особые требования предъявляются к их защите от кислорода и влаги воздуха путем инкапсуляции материалами, в том числе полимерными композитами, имеющими высокие барьерные свойства (до 10-5 см3/м2/сутки). При этом ОПТ в отсутствии инкапсуляции могут использоваться как высокочувствительные сенсоры на различные газы, как в сухой, так и во влажной атмосфере, или на биоаналиты в жидкости (в конфигурации ОПТ с электролитическим затвором или электрохимического транзистора).