A window to trap-free charge transport in organic semiconducting thin films

光电子学 半导体 材料科学 俘获 二极管 有机半导体 载流子 电子 电离 电离能 原子物理学 化学 物理 离子 生态学 有机化学 量子力学 生物
作者
Naresh B. Kotadiya,Anirban Mondal,Paul W. M. Blom,Denis Andrienko,Gert‐Jan A. H. Wetzelaer
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:18 (11): 1182-1186 被引量:168
标识
DOI:10.1038/s41563-019-0473-6
摘要

Organic semiconductors, which serve as the active component in devices, such as solar cells, light-emitting diodes and field-effect transistors1, often exhibit highly unipolar charge transport, meaning that they predominantly conduct either electrons or holes. Here, we identify an energy window inside which organic semiconductors do not experience charge trapping for device-relevant thicknesses in the range of 100 to 300 nm, leading to trap-free charge transport of both carriers. When the ionization energy of a material surpasses 6 eV, hole trapping will limit the hole transport, whereas an electron affinity lower than 3.6 eV will give rise to trap-limited electron transport. When both energy levels are within this window, trap-free bipolar charge transport occurs. Based on simulations, water clusters are proposed to be the source of hole trapping. Organic semiconductors with energy levels situated within this energy window may lead to optoelectronic devices with enhanced performance. However, for blue-emitting light-emitting diodes, which require an energy gap of 3 eV, removing or disabling charge traps will remain a challenge.
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