Highly Crystalline Selenium-Substituted C-Shaped Ortho-Benzodipyrrole-Based A-D-A-Type Nonfullerene Acceptor Enabling Solution-Processed Single-Crystal-Like Thin Films for Air-Stable, High-Mobility N-Type Transistors
Kuo-Hsiu Huang, Chi-Chun Tseng, Chia-Lin Tsai, Yung-Jing Xue, Han-Cheng Lu,
Chia-Fang Lu, Yung-Yung Chang, Ching-Li Huang, I-Jui Hsu, Yu-Ying Lai, Yang-Pei Zheng,
Bing-Huang Jiang, Chih-Ping Chen, Su-Ying Chien, U-Ser Jeng, Chain-Shu Hsu,
and Yen-Ju Cheng
Adv. Funct. Mater. 2024, 2419176
國立陽明交通大學 應用化學系 鄭彥如教授
近年來，輕量且可撓曲的電子設備需求持續增加，推動有機半導體元件的發展，尤其是有機非富勒烯受體在有機太陽能電池 (OPV) 領域的應用備受關注。本研究設計了一種結構簡化的C型鄰苯二吡咯 ( o-BDP) 為核心的A-D-A型受體材料，並透過硒原子取代硫原子策略調控其光電特性，成功合成非對稱CB-Se與對稱CB-2Se兩種新型材料。CB-Se具有較低有序度的三維網狀梯型結構，有助於與高分子PM6形成良好的供體-受體混摻形態，最終實現17.87%的光電轉換效率 (PCE)，為迄今文獻報導中含硒A-D-A型非富勒烯受體的最高值。相較之下，CB-2Se因其具有較強的分子間作用力，形成高度有序的三維單晶結構，使其溶液製程的薄膜在熱退火後形成類似單晶的結構排列，並轉變為熱力學穩定的edge-on堆疊，進一步降低晶格缺陷並提升雙載子電荷傳輸效率。在n型有機場效電晶體 (OFET) 元件中，CB-2Se展現1.18 cm2 V-1 s-1的高電子遷移率，並具有優異的空氣穩定性，成為目前溶液加工A-D-A型小分子於n型有機電晶體中的最高報導值。本研究不僅提供了一種有效調控有機半導體材料光電特性的策略，也為高性能電子傳輸材料的設計與應用奠定了基礎。