2021 Nature (IF 49.962)：過渡金屬如何突破有機半導體n-型分子摻雜的瓶頸？

　　Nature (IF 49.962) 期刊在2021年11月刊登一項研究。有機半導體的n摻雜對於開發發光二極管、太陽能電池、薄膜晶體管和熱電器件非常重要。也是研究有機半導體中的電荷傳輸和改進某些(光)電子器件的關鍵過程。雖然基於溶液的n摻雜有許多的研究，但只有少數於空氣中性質穩定的n摻雜被開發出來，其中表現最突出的是有機氫化物、有機自由基的二聚體和單價/多價陰離子。但由於它們的還原強度和反應動力學受到熱力學和摻雜反應活化能的強烈影響，有效的分子n摻雜劑應同時表現出高還原能力和空氣穩定性來做為廣泛的適用性。此處呈現了使用前體型分子摻雜劑來對有機半導體催化來進行n-型摻雜的概念，並進一步利用過渡金屬 (transition metal, TM) 解決n-型分子摻雜的瓶頸。

　　內文提到，過渡金屬 (TM) 催化的C-H和C-C鍵裂解反應，廣泛用於有機合成，最常見的TM屬於8-11族元素，而其催化劑以納米顆粒和有機金屬配合物的形式存在。納米顆粒尺寸、支撐材料和複合物的化學結構對催化活性的影響很大。此處，作者將過渡金屬 (例如：Pt、Au、Pd) 作為氣相沉積納米顆粒或可溶液加工的有機金屬配合物 (例如：Pd₂(dba)₃) 摻入催化反應，來觀察表現。

　　使用TM催化劑來促進摻雜劑前體的反應性驅使C-H鍵斷裂，如DFT計算評估，並與使用未催化反應獲得相同反應產物的實驗對照組比較。過程中作者使用光焱科技太陽光模擬器等儀器進行實驗與數據檢測。結果發現，可明顯的在更短的摻雜時間和高電導率提升η(高於100 S cm^-1)。同時證明了其適用於需要高電荷載流子密度和/或高效電子注入/傳輸的有機熱電、薄膜晶體管和鈣鈦礦太陽能電池。這種方式對於實現改善半導體器件具有技術意義，並且在半導體、分子摻雜劑、催化劑構成的三元系統提供了廣闊的探索空間。為n摻雜研究和應用開闢新的道路。

　　光焱科技的太陽光模擬器符合國際標準，搭配KA-6000軟體，提供了短路電流對時間變化的監控，以證明鈣鈦礦太陽能電池的穩定！