Double doping of conjugated polymers with monomer molecular dopants

掺杂剂 兴奋剂 材料科学 化学物理 极化子 电离 聚合物 接受者 分子 共轭体系 电子受体 电离能 电子 光化学 光电子学 化学 有机化学 凝聚态物理 离子 物理 复合材料 量子力学
作者
David Kiefer,Renee Kroon,Anna I. Hofmann,Hengda Sun,Xianjie Liu,Alexander Giovannitti,Dominik Stegerer,Alexander Cano,Jonna Hynynen,Liyang Yu,Yadong Zhang,Dingqi Nai,Thomas F. Harrelson,Michael Sommer,Adam J. Moulé,Martijn Kemerink,Seth R. Marder,Iain McCulloch,Mats Fahlman,Simone Fabiano,Christian Müller
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:18 (2): 149-155 被引量:244
标识
DOI:10.1038/s41563-018-0263-6
摘要

Molecular doping is a crucial tool for controlling the charge-carrier concentration in organic semiconductors. Each dopant molecule is commonly thought to give rise to only one polaron, leading to a maximum of one donor:acceptor charge-transfer complex and hence an ionization efficiency of 100%. However, this theoretical limit is rarely achieved because of incomplete charge transfer and the presence of unreacted dopant. Here, we establish that common p-dopants can in fact accept two electrons per molecule from conjugated polymers with a low ionization energy. Each dopant molecule participates in two charge-transfer events, leading to the formation of dopant dianions and an ionization efficiency of up to 200%. Furthermore, we show that the resulting integer charge-transfer complex can dissociate with an efficiency of up to 170%. The concept of double doping introduced here may allow the dopant fraction required to optimize charge conduction to be halved. A monomer molecular dopant with high electron affinity is shown to accept up to two electrons from conjugated polymers with low ionization efficiency and then generate free charge carriers with an efficiency of up to 170%.
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