Impact of n-Doping Mechanisms on the Molecular Packing and Electron Mobilities of Molecular Semiconductors for Organic Thermoelectrics

掺杂剂 兴奋剂 有机半导体 电子迁移率 半导体 材料科学 载流子 化学物理 热电材料 热电效应 本征半导体 纳米技术 化学 光电子学 热导率 热力学 物理 复合材料
作者
Yan Zeng,Guangchao Han,Yuanping Yi
出处
期刊:Organic materials [Georg Thieme Verlag]
卷期号:4 (01): 1-6 被引量:2
标识
DOI:10.1055/a-1729-5728
摘要

Electrical conductivity is one of the key parameters for organic thermoelectrics and depends on both the concentration and mobility of charge carriers. To increase the carrier concentration, molecular dopants have to be added into organic semiconductor materials, whereas the introduction of dopants can influence the molecular packing structures and hence carrier mobility of the organic semiconductors. Herein, we have theoretically investigated the impact of different n-doping mechanisms on molecular packing and electron transport properties by taking (4-(1,3-dimethyl-2,3-dihydro-1H-benzoimidazol-2-yl)phenyl)dimethylamine (N-DMBI-H) and quinoid-dicyanomethylene-dipyrrolo-[3,4-c]pyrrole-1,4-diylidene)bis(thieno[3,2-b]thiophene (Q-DCM-DPPTT) respectively as representative n-dopant and molecular semiconductor. The results show that when the doping reactions and charge transfer spontaneously occur in the solution at room temperature, the oppositely charged dopant and semiconductor molecules will be tightly bound to disrupt the semiconductor to form long-range molecular packing, leading to a substantial decrease of electron mobility in the doped film. In contrast, when the doping reactions and charge transfer are activated by heating the doped film, the molecular packing of the semiconductor is slightly affected and hence the electron mobility remains quite high. This work indicates that thermally activated n-doping is an effective way to achieve both high carrier concentration and high electron mobility in n-type organic thermoelectric materials.

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