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Supramolecular Self-Assembly of Diketopyrrolopyrrole with Unprecedented Photoconductivity

超分子化学 材料科学 光电导性 有机半导体 氢键 半导体 化学物理 超分子组装 非共价相互作用 分子内力 自组装 电子迁移率 光电子学 结晶学 纳米技术 分子 化学 晶体结构 立体化学 有机化学
作者
Nilabja Maity,Manoj Sharma,Samrat Ghosh,Mathias K. Huss-Hansen,Ahin Roy,N. Ravishankar,Matti Knaapila,Wakana Matsuda,Shu Seki,Satish Patil
出处
期刊:ACS applied electronic materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (9): 5093-5102 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsaelm.3c00845
摘要

The oscillation of chemical bonds in molecular semiconductors plays a key role in fragmenting the electric conducting pathways due to the large fraction of free volumes, acting as "trap sites" for charge carriers. Incorporating directional noncovalent chemical bonds between the monomeric unit in organic semiconductors is an excellent approach to reducing thermally induced structural fluctuations, resulting in a decrease in a trap densities. In this work, we utilize noncovalent interactions in diketopyrrolopyrrole (DPP)-based supramolecular assembled systems to enhance or tune the photoconductivity and charge transport properties. Infinitesimal molecular design by substituting different side chains and introducing intramolecular dihedral angles leads to a notable difference in solid-state packing, transient photoconductivity, and thin film morphology. Grazing incidence wide-angle X-ray scattering, and thin film X-ray diffraction measurements reveal that the packing order is enhanced for hexyl substituted DPP derivatives, resulting in high intrinsic charge carrier mobility of ∑μ = 1.7 cm2 V–1 s–1. At the microscopic level, electron microscopy reveals that the unique self-assembly remarkably improves the structural order via directional hydrogen bonding. These findings exemplify that the supramolecular self-assembly strategy via hydrogen bonding networks is an efficacious way to reduce the molecular vibration and structural defects in molecular semiconductors and ameliorate the performance in optoelectronic devices.
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