去除有机半导体中水致能量陷阱，提升多种类型器件性能学术资讯

基于共轭聚合物和小分子的有机半导体材料已被广泛应用于有机太阳电池（OSC）、有机场效应晶体管（OFET）、有机发光二极管（OLED）、电化学电池等领域。但是有机半导体材料中存在电荷载流子，使得其带隙中的局域态容易陷入陷阱中，从而严重影响有机半导体器件的性能。然而，对于有机半导体中的陷阱特征和形成原因，人们的基本理解比较有限。目前只提出了一些浅显的宏观原因，如分子主链中的扭曲和结构上的构象缺陷、异质结形貌缺陷、溶剂和合成中残留的杂质以及周围环境的影响，而对于其更复杂的内在机制研究较少。尽管如此，近年来在OLED和OFET领域，有许多研究表明在有机半导体材料中以各种形式存在的水容易形成电子和空穴陷阱，从而影响器件性能。值得一提的是，一些有效去除有机半导体材料中水分子的策略（如溶剂退火方法和溶液添加剂方法等）被陆续报道。但在有机太阳电池研究领域，这种水导致的缺陷对光伏性能的影响往往被研究人员所忽视，且没有找到恰当的解决办法。

近日，武汉大学闵杰研究员等人在SCIENCE CHINA Materials 发表研究论文，开发了一种溶剂-水共蒸发（solvent-water evaporation，SWE）策略。该策略在维持给受体混合物原有形貌稳态结构的基础上，有效去除有机光伏活性层中的水诱导陷阱，使电荷运输及提取性能得到明显提升，并有效减少了非孪生载流子复合。与未经处理的二元PM6:Y6体系（15.83％）相比，使用这种SWE方法可实现该体系有机太阳电池能量转换效率达到17.10％，并展现出更好的光稳定性。

进一步，作者在基于多种共轭聚合物光伏体系和小分子光伏体系中验证了该SWE策略的普适性。结果表明，在使用SWE策略后，有机光伏材料及其体系能够有效除去水分子，并能明显改善器件性能，是制备基于有机光伏材料的耐水器件的有效途径。此外，作者还通过该SWE策略来去除其他功能化有机半导体中的水分子，制备出了更加高效的OLED和OFET器件，进一步证明了该方法在有机功能材料中的适用性。

总之，作者展示了一种SWE策略。该策略可以有效地降低水导致的能量陷阱浓度，并提升有机半导体材料的电荷传输性能，从而实现相关有机功能器件性能的显著提升。该工作为推进电荷传输发挥作用的有机电子领域向前迈出了重要一步。

来源：中国科学材料

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