Significance of molecular and crystal structure on organic semiconductor doping

Resumen

Los dispositivos semiconductores orgánicos están ganando importancia al abrir una amplia variedad de aplicaciones en la actualidad. Una estrategia clave para desarrollar dispositivos electrónicos orgánicos de mejor rendimiento es mediante el dopaje molecular, donde se introduce una molécula dopante para aumentar los portadores de carga. A pesar de los avances en el campo, muy pocos estudios se han centrado en comprender las relaciones entre las propiedades estructurales y el dopaje molecular. Es bien sabido que la estructura de las moléculas de OSC afecta la cristalinidad de las películas, pero sus implicaciones en el mecanismo de dopaje y la eficiencia del dopaje no se han explorado completamente. En esta tesis, exploramos las propiedades interfaciales del dopante/semiconductor orgánico en relación con la estructura molecular de las moléculas empleadas. Para la investigación, se eligieron derivados de BTBT con diferentes grupos laterales en combinación con dos dopantes, que tienen una energía de ionización similar pero con diferentes formas moleculares. Mediante el uso de una combinación de técnicas de difracción de rayos X basadas en sincrotrón, AFM y métodos espectroscópicos, se investigaron las propiedades interfaciales y la evolución de los niveles electrónicos durante el dopaje. En primer lugar, se ha investigado la estructura de la interfaz formada entre C60F48 y C8-BTBT. Se demostró que el impacto de C60F48 en los OFET C8-BTBT tiene un doble papel beneficioso en la mejora de la movilidad y la estabilidad de los OFET C8-BTBT. Se ha llevado a cabo una mayor investigación del papel de los grupos laterales de semiconductores orgánicos en las propiedades interfaciales comparando las interfaces C60F48/DPh-BTBT y C60F48/C8-BTBT. En ambos casos se observan diferentes morfologías interfaciales, que afectan fuertemente la distribución de la función de trabajo a nanoescala de la interfaz. Para investigar la influencia de la estructura molecular dopante, se investigaron películas de heteroestructura de F6TCNNQ en C8-BTBT. A diferencia de C60F48, F6TCNNQ es plano. Se observa que los complejos de transferencia de carga F6TCNNQ-C8-BTBT se estaban formando en la interfaz durante la deposición de F6TCNNQ, lo que genera portadores móviles libres en la película, lo que mejora la movilidad y provoca un cambio en el voltaje umbral de los OFET C8-BTBT. Finalmente, se ha realizado la caracterización de la formación de complejos de transferencia de carga a diferentes temperaturas, heteroestructuras invertidas y películas coevaporadas C8-BTBT-F6TCNNQ.