半导体是所有现代电子产品的基础。现在，瑞典林雪平大学的研究人员开发出了一种新方法，在空气作为掺杂剂的帮助下，有机半导体可以变得更加导电，有望提高电子设备生产的可扩展性和环境可持续性。这项发表在《自然》（Nature）杂志上的研究是向未来廉价和可持续有机半导体迈出的重要一步。

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这种新方法是将导电塑料浸入一种特殊的盐溶液（一种光催化剂）中，然后用光对其进行短时间的照射，从而得到一种掺杂 p 的导电塑料，在这种塑料中，唯一消耗的物质是空气中的氧气。资料来源：Thor Balkhed

我们相信，这种方法将极大地影响我们掺杂有机半导体的方式。林雪平大学副教授西蒙娜-法比亚诺（Simone Fabiano）说："所有元件都价格低廉、易于获得，而且可能对环境无害，这是未来可持续电子产品的先决条件。"

基于导电塑料而非硅的半导体具有许多潜在应用。其中，有机半导体可用于数字显示器、太阳能电池、发光二极管、传感器、植入物和能源储存。

林雪平大学有机电子实验室的研究人员杨志远、Simone Fabiano 和 Qingqing Wang。图片来源：Thor Balkhed

为了增强导电性和改变半导体特性，通常会引入所谓的掺杂剂。这些添加剂可促进半导体材料内部电荷的移动，并可定制为诱导正电荷（p-掺杂）或负电荷（n-掺杂）。目前最常用的掺杂剂通常反应性很强（不稳定）、价格昂贵、制造难度大，或者三者兼而有之。

现在，林雪平大学的研究人员开发出了一种可在室温下进行的掺杂方法，将氧等低效掺杂剂作为主要掺杂剂，并通过光激活掺杂过程。

"我们的方法受到了大自然的启发，因为它与光合作用等有许多相似之处。在我们的方法中，光能激活光催化剂，然后促进电子从通常低效的掺杂剂转移到有机半导体材料，"Simone Fabiano 说。

这种新方法是将导电塑料浸入一种特殊的盐溶液（一种光催化剂）中，然后用光照短时间。光照时间的长短决定了材料的掺杂程度。之后，将溶液回收以供将来使用，留下的是掺杂 p 的导电塑料，其中唯一消耗的物质是空气中的氧气。

林雪平大学高级副教授 Simone Fabiano。图片来源：Thor Balkhed

之所以能够做到这一点，是因为光催化剂充当了"电子穿梭机"的角色，在牺牲性弱氧化剂或还原剂存在的情况下，向材料吸收电子或捐献电子。这在化学中很常见，但以前从未在有机电子学中使用过。

"我们还可以在同一反应中结合 p 掺杂和 n 掺杂，这是非常独特的。这简化了电子设备的生产，尤其是那些需要同时掺杂 p 和 n 的半导体的设备，如热电发生器。"Simone Fabiano 说："所有部件都可以同时制造，同时掺杂，而不是一个一个地掺杂，这使得工艺更具可扩展性。"

与传统半导体相比，掺杂有机半导体具有更好的导电性，而且这种工艺可以按比例放大。有机电子实验室的西蒙娜-法比亚诺（Simone Fabiano）及其研究小组于2024年早些时候展示了如何利用水等环保溶剂加工导电塑料；这是他们的下一步研究。

沃伦贝格学院研究员西蒙娜-法比亚诺（Simone Fabiano）说："我们正在努力全面了解其背后的机理以及还有哪些潜在的应用领域。但这是一种非常有前景的方法，表明光催化掺杂是有机电子学的新基石。"

编译来源：ScitechDaily