灵感源于大自然的光合作用，掺杂空气可让有机半导体更导电

   科技日报记者 张佳欣

瑞典林雪平大学的研究人员开发了一种新方法，在空气作为掺杂剂的帮助下，可让有机半导体变得更具导电性。发表在最新一期《自然》杂志上的这项研究，是迈向未来生产廉价和可持续有机半导体的重要一步。

林雪平大学副教授西蒙娜·法比亚诺表示，这种方法可以显著影响有机半导体的掺杂方式。新方法中所有组件都是实惠的、容易获得的，而且对环境友好，这是未来可持续电子产品的先决条件。

有机半导体可用于数字显示器、太阳能电池、LED、传感器、植入物和能量存储等领域。为了提高导电性和改善半导体性能，人们通常会引入掺杂剂。这些掺杂剂可促进半导体材料内电荷移动，并且可以定制以诱导正电荷（p掺杂）或负电荷（n掺杂）。目前使用的最常见的掺杂剂普遍存在反应性很强（不稳定）、造价昂贵、制造困难等缺点。

现在，研究人员开发出这种可以在室温下进行掺杂的方法，其中低效掺杂剂（例如氧）是主要掺杂剂，光可以激活掺杂过程，然后促进电子从低效的掺杂剂向有机半导体材料的转移。

新方法的灵感来源于大自然，因为它与光合作用有许多相似之处。具体而言，首先是将导电塑料浸入特殊的盐溶液（一种光催化剂）中，然后用光短时间照射它。照明的持续时间决定了材料的掺杂程度。之后，溶液被回收以供将来使用，留下一种p掺杂的导电塑料，其中唯一消耗的物质就是空气中的氧气。

研究人员表示，光催化剂起到了“电子穿梭机”的作用，可以在牺牲剂存在的情况下，获取电子或将电子提供给材料。这在化学中很常见，但此前从未在有机电子中使用过。

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基于导电塑料而不是硅的半导体有许多潜在应用，而掺杂剂是提升其性能的关键。本研究的亮点就在于掺杂剂。能在同一反应中同时使用p掺杂和n掺杂这点非常独特，简化了电子器件的生产设备，特别是那些同时需要p掺杂和n掺杂半导体的设备，如热电发电机。所有部件可以一次制造并同时掺杂，而不是一个一个地掺杂，这使工艺更具可扩展性。