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英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了提高有機(jī)半導(dǎo)體性能的創(chuàng)新方法，有可能徹底改變電子器件和能源轉(zhuǎn)換技術(shù)

負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究的博士后研究員 Dionisius Tjhe 博士與同事一起找到了大幅提高摻雜聚合物半導(dǎo)體電導(dǎo)率的新技術(shù)。

他們的研究成果發(fā)表在《自然材料》雜志上，展示了從有機(jī)半導(dǎo)體中提取電子的能力，水平之高令人驚嘆。

可持續(xù)能源解決方案

傳統(tǒng)上，只能移除價(jià)帶中的一小部分電子，但在實(shí)驗(yàn)中，Tjhe和他的團(tuán)隊(duì)成功清空了某些聚合物中的價(jià)帶。他們成功移除了更深能級(jí)的電子，這在半導(dǎo)體研究中尚屬首次。

熱電裝置將廢熱轉(zhuǎn)化為電能，提高其效率可以為更可持續(xù)的能源解決方案鋪平道路。

了解聚合物

這些進(jìn)步的關(guān)鍵在于了解有機(jī)聚合物的獨(dú)特性質(zhì)。與硅等傳統(tǒng)半導(dǎo)體不同，由于其晶體結(jié)構(gòu)，它們不太利于清空價(jià)帶，而聚合物的排列更加無(wú)序，有利于實(shí)現(xiàn)這些突破性的效果。

研究人員發(fā)現(xiàn)了另一種利用場(chǎng)效應(yīng)門來(lái)提高熱電性能的方法。該技術(shù)可以精確控制半導(dǎo)體中的電荷載流子（空穴）數(shù)量，而不會(huì)影響離子數(shù)量，從而克服了以前方法中常見(jiàn)的限制。

這項(xiàng)研究最有趣的發(fā)現(xiàn)之一是利用了被稱為庫(kù)侖間隙的非平衡狀態(tài)。這種現(xiàn)象通常在低溫?zé)o序半導(dǎo)體中觀察到，它意外地同時(shí)增強(qiáng)了熱電輸出和電導(dǎo)率——這是半導(dǎo)體物理學(xué)中罕見(jiàn)的壯舉。

卡文迪什實(shí)驗(yàn)室皇家學(xué)會(huì)大學(xué)研究員 Ian Jacobs博士評(píng)論道：“庫(kù)侖間隙在電測(cè)量中很難觀察到，因?yàn)橹挥挟?dāng)材料無(wú)法找到最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)時(shí)，它們才會(huì)變得可見(jiàn)。”

盡管取得了這些進(jìn)展，研究人員承認(rèn)，還需要進(jìn)一步研究，將這些改進(jìn)擴(kuò)展到塊體材料，而不僅僅是表面層。他們的研究為未來(lái)研究提高有機(jī)半導(dǎo)體性能設(shè)定了明確的方向。

這項(xiàng)研究的潛在應(yīng)用范圍從能量收集到電子器件，影響深遠(yuǎn)。正如 Tjhe 博士總結(jié)的那樣，“在這些非平衡狀態(tài)下的傳輸再次證明性能更好的有機(jī)熱電器件十分有前景。”

原文鏈接：

https://www.openaccessgovernment.org/organic-semiconductor-research-opens-new-avenues-for-energy-technology/180502/

審核編輯 黃宇