Miljövänligare metod för att skapa organiska halvledare

Forskare vid Linköpings universitet har utvecklat ett nytt miljövänligare sätt att skapa ledande bläck för användning i organisk elektronik som solceller, konstgjorda nervceller och mjuka sensorer. Fynden, som är publicerade i tidskriften Nature Communications, banar väg för framtidens hållbara teknologi.

Organisk elektronik är på stark frammarsch som ett komplement, och i vissa fall ersättare, till traditionell kiselbaserad elektronik. Tack vare enkel tillverkning, hög flexibilitet och låg vikt kombinerat med de elektriska egenskaperna vanligtvis förknippade med traditionella halvledare, finns tillämpningar inom bland annat digitala skärmar, energilagring, solceller, sensorer och implantat.

Att elektronik är organisk innebär att den är uppbyggd av halvledande plaster – så kallade konjugerade polymerer. Men för att tillverka konjugerade polymerer krävs ofta miljöfarliga, giftiga och lättantändliga lösningsmedel. Det är ett stort hinder för en bred kommersiell och hållbar användning av organisk elektronik.

Nu har forskare vid Linköpings universitet utvecklat en ny hållbar metod för att skapa dessa polymerer i ett ledande bläck med vatten som lösningsmedel. Förutom att metoden är mer hållbar är också ledningsförmågan hos det nya bläcket väldigt hög.

– Vår forskning introducerar ett nytt sätt att skapa konjugerade polymerer med hjälp av miljövänliga lösningsmedel som vatten. Med metoden, som kallas ground-state electron transfer, kommer vi inte bara runt problematiken med användandet av farliga kemikalier, vi kan också uppvisa förbättringar i materialets egenskaper, säger Simone Fabiano, biträdande professor vid Laboratoriet för organisk elektronik.

När forskarna testade det nya ledande bläcket som transportlager i en organisk solcell kunde de se att både stabilitet och effektivitet blev högre än med traditionella material. De har också testat bläcket för att skapa elektrokemiska transistorer, och konstgjorda nervceller som uppvisade egenskaper som liknar biologiska nervceller.

– Jag tror att våra resultat kan förändra forskningsfältet organisk elektronik i grunden. Genom att tillverka organiska halvledare från gröna och hållbara lösningsmedel som vatten kan vi massproducera elektronik med minimal påverkan på miljön, säger Simone Fabiano.

Forskningen finansierades av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Wallenberg Initiative Materials Science for Sustainability (WISE), Wallenberg Wood Science Centre, Vetenskapsrådet, Olle Engkvists Stiftelse, Vinnova, Europeiska kommissionen samt via den svenska regeringens strategiska satsning på nya funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet. Simone Fabiano är också Wallenberg Academy Fellow.

Artikeln: Ground-state electron transfer in all-polymer donor:acceptor blends enables aqueous processing of water-insoluble conjugated polymers; Tiefeng Liu, Johanna Heimonen, Qilun Zhang, Chi-Yuan Yang, Jun-Da Huang, Han-Yan Wu, Marc-Antoine Stoeckel, Tom van der Pol, Yuxuan Li, Sang Young Jeong, Adam Marks, Xin-Yi Wang, Yuttapoom Puttisong, Asaminew Y. Shimolo, Xianjie Liu, Silan Zhang, Qifan Li, Matteo Massetti, Weimin M. Chen, Han Young Woo, Jian Pei, Iain McCulloch, Feng Gao, Mats Fahlman, Renee Kroon, Simone Fabiano; Nature Communications 2023, publicerad online 20 december 2023; DOI: 10.1038/s41467-023-44153-7

Kontakt

Simone Fabiano, biträdande professor, simone.fabiano@liu.se, 011-36 36 33