Gündelik elektroniklerin çoğu, silikon gibi inorganik yarı iletkenlere dayanmaktadır. İşlevleri için çok önemli olan, elektrik iletkenliğini artırmak için yarı iletken içine, dokuma safsızlıklarını içeren doping adı verilen bir işlemdir. İşlem; güneş pilleri ve LED ekranlardaki çeşitli bileşenlerin çalışmasına izin verir.
Organik olan, karbon bazlı yarı iletkenler için; bu doping işlemi benzer şekilde son derece önemlidir. 2000 yılında Nobel Ödülü’nün verildiği bir alan olan elektriksel olarak iletken plastiklerin ve polimerlerin keşfedilmesinden bu yana; organik elektroniğin araştırılması ve geliştirilmesi hızlandı. OLED ekranlar; piyasada bulunan, örneğin en yeni nesil akıllı telefonlarda bir örnektir. Organik yarı iletkenlerin şu ana kadar yeterince verimli olmadığından, diğer uygulamalar henüz tam olarak gerçekleştirilememiştir.
Organik yarı iletkenlerde doping, redoks reaksiyonu olarak bilinen şeyle çalışır. Bu, bir dopant molekülünün elektrik iletkenliğini artırarak, yarı iletkenden bir elektron aldığı anlamına gelir. Yarı iletkenin reaksiyona girebileceği daha dopant molekülleri ne kadar yüksek olursa; iletkenlik en azından belirli bir sınıra kadar yükselir. Sonra iletkenlik düşer. Halen, katkılı organik yarı iletkenlerin verimlilik sınırı, dopant moleküllerinin her biri yalnızca bir elektron değiştirebildiği gerçeğiyle belirlenir.
Ancak, Nature Materials adlı bilimsel dergide yayınlanan bir makalede, Profesör Christian Müller ve ekibi, iki elektronun her dopant molekülüne taşınmasının mümkün olduğunu gösterdi.
Araştırma grubundan doktora öğrencisi ve makalenin ilk yazarı David Kiefer ” Bu sayede; bu ‘ikili doping’ işlemi ile yarı iletken iki kat daha etkili olabilir.
Chalmers Teknoloji Üniversitesi Polimer Bilimi Profesörü Christian Müller: “Tüm araştırma alanı, molekül başına sadece bir redoks reaksiyonuna izin veren materyallerin incelenmesine odaklandı. Daha düşük iyonlaşma enerjisine sahip farklı bir polimer tipine bakmayı seçtik. Bu amaçla dopant molekülünün iki elektronun transferine izin verdiğini gördük.”
Buluş, bugün pazarlamak için yeterince rekabetçi olmayan teknolojilerde daha fazla iyileştirme sağlayabilir. Tek problem; polimerlerin basitçe ve yeterince iyi akım iletmemesi… Bu nedenle doping tekniklerini daha etkili kılmak, daha iyi polimer bazlı elektronik elde etmek için odak noktası olmuştur. Polimerlerin iletkenliğinin iki katına çıkması, daha önce olduğu gibi; aynı yüzey alanı üzerinde yalnızca aynı miktarda dopant madde kullanırken, yeni ortaya çıkan birkaç teknolojinin ticarileştirilmesine izin vermek için gereken devrilme noktasını temsil edebilir.
Müller: “OLED ekranları ile gelişme sağlama, piyasada önemli bir yere sahip. Ancak diğer teknolojilerin başarması ve fazladan bir şeyler pazarlaması gerekiyor. Örneğin organik güneş pilleri veya organik malzemeden yapılmış elektronik devreler ile bazı bileşenleri silikon esaslı elektronik cihazlarla aynı ölçüde kullanabilme yeteneğine ihtiyacımız var. Yaklaşımımız doğru yönde atılmış bir adımdır.”
Bu buluş, temel bilgiler sunar ve binlerce araştırmacının esnek elektronik, biyoelektronik ve termoelektrik alanlarında ilerlemeler elde etmesine yardımcı olabilir. Christian Müller’in araştırma grubu, merkezde polimer teknolojisi ile birlikte birkaç farklı uygulama alanı araştırıyor. Diğer şeylerin yanı sıra, grubu elektriksel olarak iletken tekstillerin ve organik güneş hücrelerinin gelişimi konusunda çalışıyor.
