Los científicos de NUS han informado en Naturaleza el descubrimiento de donantes de electrones universales latentes a partir de aniones comunes, como el oxalato, que puede transferir electrones a semiconductores orgánicos, Realización del sueño de lograr capas de inyección de electrones con funciones de trabajo ultrabajas que aún pueden procesarse a partir de una solución en el ambiente. Se espera que esto abra muchas nuevas posibilidades, no solo para la electrónica orgánica, sino también otros semiconductores avanzados, incluyendo puntos cuánticos, nanocables, materiales bidimensionales (2-D), y perovskitas.

La función de trabajo de un material es la cantidad mínima de energía requerida para eliminar el electrón menos unido al vacío. Esto determina la capacidad de ese material para inyectar electrones en un semiconductor. Las capas de inyección de electrones requieren una función de trabajo suficientemente baja, preferiblemente mucho menor que 4 electronvoltios, para inyectar (y recolectar) de manera eficiente electrones de muchos semiconductores novedosos. Sin embargo, esto generalmente requiere la evaporación de películas delgadas de metales reactivos en condiciones de vacío, que limita la arquitectura del dispositivo, procesabilidad, y capacidad de fabricación. Los materiales de función de trabajo ultrabajo se degradan por la exposición al aire.

Ahora, el equipo de Química dirigido por el profesor Lay-Lay CHUA, y equipos de física dirigidos por el Dr. Rui-Qi PNG y el profesor Peter HO, del Laboratorio de Nano Dispositivos Orgánicos, NUS ha demostrado que los aniones multivalentes, como el oxalato, carbonato y sulfito, pueden actuar como poderosos donantes de electrones latentes, cuando se dispersan como pequeños grupos de iones en una matriz polimérica de polielectrolitos conjugados adecuados. Los polielectrolitos conjugados son polímeros con grupos laterales iónicos y electrones deslocalizados en la columna vertebral. Crucialmente, la mezcla se puede procesar a partir de una solución en el aire, y el anión transfiere electrones espontáneamente al polímero anfitrión solo después del secado, protegiendo así fortuitamente el material de la degradación atmosférica. Con el anfitrión de polielectrolito apropiado, se han obtenido funciones de trabajo tan bajas como 2,4 electronvoltios, Superar el enigma de larga data para unir materiales de función de trabajo ultrabajo con procesamiento de soluciones. El equipo de investigación ha demostrado la versatilidad de este descubrimiento al fabricar una variedad de diodos emisores de luz blanca de alto rendimiento y células solares orgánicas utilizando capas de inyección de electrones procesadas en solución.

"A diferencia de los dopantes precursores, estos aniones no requieren transformación química para activarse, "El Dr. Png explicó." Funcionan porque la repulsión entre los electrones en estos aniones hace que su nivel de donante de electrones se mantenga alto, incluso en estado sólido, cuando se deshidratan. Junto con un diseño cuidadoso del anfitrión de polielectrolito, podemos lograr materiales de función de trabajo ultrabajo que antes no se creían posibles ".

El profesor Chua dijo:"Este trabajo se extiende, y aprovecha, la plataforma de polímero dopado con carga autocompensada en la que fuimos pioneros hace tres años ". "Fue una agradable sorpresa de la naturaleza que tan simples aniones puedan ser aprovechados para lograr lo que ha sido el santo grial de este campo durante las últimas dos décadas".

Los equipos están trabajando actualmente con socios académicos y de la industria para extender el enfoque a otros tipos de dispositivos, y establecer la tecnología.