Relationship between crystalline structure of poly(3-hexylthiophene) blends and properties of organic thin-film transistors – a brief review

• Autorzy: Chlebosz D. , Janasz Ł. , Pisula W. , Kiersnowski A.

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2016.433

Warianty tytułu

PL

Wpływ struktury poli(3-heksylotiofenu) i jego mieszanin na właściwości organicznych tranzystorów polowych – krótki przegląd

• Konferencja: Annual Scientific Meeting of the Polish Chemical Society (58 ; 21–25.09.2015 ; Gdansk, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Poly(3-hexythiophene) (P3HT) is one of the most extensively studied polymers for applications in organic thin-film transistors. Semicrystalline P3HT is a p-type semiconductor enabling applications in the unipolar organic field-effect transistors (OFETs). Blending P3HT with small molecular compounds can enhance the mobility of charge carriers in the OFET active layer. When small molecules reveal electron conductivity and their phase separation upon crystallization in the presence of P3HT results in formation of heterojunctions, the blends can be considered candidates for active layers in the ambipolar OFETs. Regardless of unipolar or ambipolar, the charge carrier transport always depends on the inherent properties of the polymer and small molecules as well as the crystalline structure and morphology (nanostructure) of the blends. This paper is a brief review of the recent findings regarding relationships between structure and properties of the active layers of P3HT and P3HT blends-based OFETs. Herein we discuss examples of blends of P3HT with, amongst others, perylene diimide derivatives, and discuss their OFET-related properties, like charge-carrier mobility, in relation to both crystalline structure of the blend components and blend morphology. Some key issues related to morphology control by changing layer formation conditions are also indicated in this paper.

PL

Poli(3-heksylotiofen) (P3HT) to semikrystaliczny polimer, charakteryzujący się przewodnictwem dziurowym (typu p), dzięki czemu jest stosowany w aktywnych warstwach organicznych tranzystorów polowych (ang. Organic Field-Effect Transistor, OFET). Badania prowadzone w ciągu ostatnich lat wykazały, że mieszanie P3HT z poliaromatycznymi substancjami małocząsteczkowymi może powodować zwiększenie ruchliwości nośników ładunku (dziur) w warstwie aktywnej OFET. Zastosowanie dwufazowych mieszanin P3HT z małocząsteczkowymi substancjami o przewodnictwie typu n (np. pochodnymi perylenodiimidów) umożliwia otrzymanie tranzystorów ambipolarnych, które można wykorzystać m.in. do wytworzenia układów komplementarnych. Niezależnie od rodzaju urządzenia – unipolarnego lub ambipolarnego – transport nośników ładunku zależy od właściwości użytych substancji oraz struktury krystalicznej i morfologii (nanostruktury) mieszanin. W niniejszej pracy, na podstawie przeglądu literatury, omówiono strukturę krystaliczną i morfologię przykładowych mieszanin P3HT. Ponadto, przedyskutowano relacje pomiędzy cechami strukturalnymi cienkich filmów otrzymanych z P3HT i jego mieszanin a właściwościami OFET.

Słowa kluczowe

EN

poly(3-hexylthiophene) (P3HT); polymer blends; organic thin-film transistors

PL

poli(3-heksylotiofen) (P3HT); mieszaniny polimerowe; organiczne tranzystory cienkowarstwowe

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 61, nr 6
• Strony: 433--441
• Opis fizyczny: Bibliogr. 48 poz., rys. kolor.

Twórcy

autor

Chlebosz D.

• Wroclaw University of Technology, Polymer Engineering and Technology Division, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wroclaw, Poland

autor

Janasz Ł.

• Lodz University of Technology, Department of Molecular Physics, Żeromskiego 116, 90-924 Lodz, Poland

autor

Pisula W.

• Lodz University of Technology, Department of Molecular Physics, Żeromskiego 116, 90-924 Lodz, Poland
• Max Planck Institute for Polymer Research, Ackermannweg 10, 55128 Mainz, Germany

autor

Kiersnowski A.

• Wroclaw University of Technology, Polymer Engineering and Technology Division, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wroclaw, Poland

Bibliografia

• [1] Samitsu S., Shimomura T., Heike S. et al.: Macromolecules 2010, 43, 7891. http://dx.doi.org/10.1021/ma101655s
• [2] Łużny W., Proń A.: Synthetic Metals 1997, 84, 573.
• [3] Chen T.A., Rieke R.D.: Journal of American Chemical Society 1992, 114, 10087. http://dx.doi.org/10.1021/ja00051a066
• [4] Trznadel M., Pron A., Zagorska M. et al.: Macromolecules 1998, 31, 5051. http://dx.doi.org/10.1021/ma970627a
• [5] Yokoyama A., Miyakoshi R., Yokozawa T.: Macromolecules 2004, 37, 1169. http://dx.doi.org/10.1021/ma035396o
• [6] Dudenko D., Kiersnowski A., Shu J. et al.: Angewandte Chemie, International Edition 2012, 51, 11068. http://dx.doi.org/10.1002/anie.201205075
• [7] Pascui O.F., Lohwasser R., Sommer M. et al.: Macromolecules 2010, 43, 9401. http://dx.doi.org/10.1021/ma102205t
• [8] Ludwigs S.: “P3HT Revisited – From Molecular Scale to Solar Cell Devices“, Springer Berlin Heidelberg, Heidelberg 2014, pp. 39–82, 139–180.
• [9] Prosa T.J., Winokur M.J., McCullough R.D.: Macromolecules 1996, 29, 3654. http://dx.doi.org/10.1021/ma951510u
• [10] Brinkmann M.: Journal of Polymer Science, B Polymer Physics 2011, 49, 1218. http://dx.doi.org/10.1002/polb.22310
• [11] Yuan Y., Shu J., Kolman K. et al.: manuscript in preparation
• [12] Park Y.D.: Bulletin of the Korean Chemical Society 2014, 35, 2277. http://dx.doi.org/10.5012/bkcs.2014.35.8.2277
• [13] Wirix M.J.M., Bomans P.H.H., Friedrich H. et al.: Nano Letters 2014, 14, 2033. http://dx.doi.org/10.1021/nl5001967
• [14] Bielecka U., Lutsyk P., Janus K. et al.: Organic Electronics 2011, 12, 1768. http://dx.doi.org/10.1016/j.orgel.2011.06.027
• [15] Aryal M., Trivedi K., Hu W.: ACS Nano 2009, 10, 3085. http://dx.doi.org/10.1021/nn900831m
• [16] Liu J., Sun Y., Gao X. et al.: Langmuir 2011, 7, 4212. http://dx.doi.org/10.1021/la105109t
• [17] Sirringhaus H., Brown P.J., Friend R.H. et al.: Nature 1999, 401, 685. http://dx.doi.org/10.1038/44359
• [18] Bao Z., Dodabalapur A., Lovinger A.J.: Applied Physics Letter 1996, 69, 4108. http://dx.doi.org/10.1063/1.117834
• [19] DeLongchamp D.M., Vogel B.M., Jung Y. et al.: Chemistry of Materials 2005, 17, 5610. http://dx.doi.org/10.1021/cm0513637
• [20] Hintz H., Egelhaaf H.J., Lüer L. et al.: Chemistry of Materials 2011, 23, 145. http://dx.doi.org/10.1021/cm102373k
• [21] Jiang L., Zhang J., Wang W.: Journal of Luminescence 2015, 159, 88. http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2014.11.002
• [22] Sekine C., Tsubata Y., Yamada T. et al.: Science and Technology of Advanced Materials 2014, 15, 34203. http://dx.doi.org/10.1088/1468-6996/15/3/034203
• [23] Padinger F., Rittberger R.S., Sariciftci N.S.: Advanced Functional Materials 2003, 13, 85. http://dx.doi.org/10.1002/adfm.200390011
• [24] Jiang C., Cheng X., Wu X. et al.: Optoelectronics Letters 2011, 7, 30. http://dx.doi.org/10.1007/s11801-011-0122-z
• [25] Kuila B.K., Nandi A.K.: The Journal of Physical Chemistry B 2006, 110, 1621. http://dx.doi.org/10.1021/jp055234p
• [26] Chang H., Wang P., Li H., Zhang J., Yan D.: Synthetic Metals 2013, 184, 1. http://dx.doi.org/10.1016/j.synthmet.2013.09.031
• [27] Holliday S., Donaghey J.E., McCulloch I.: Chemistry of Materials 2014, 26, 647. http://dx.doi.org/10.1021/cm402421p
• [28] Tsao H., Müllen K.: Chemical Society Reviews 2010, 39, 2372. http://dx.doi.org/10.1039/b918151m
• [29] Kline R.J., McGehee M.D.: Journal of Macromolecular Science, Part C: Polymer Reviews 2006, 46, 27. http://dx.doi.org/10.1080/15321790500471194
• [30] Chang J.-F., Sun B., Breiby D.W. et al.: Chemistry of Materials 2004, 16, 4772. http://dx.doi.org/10.1021/cm049617w
• [31] Hu H., Zhao K., Fernandes N. et al.: Journal of Materials Chemistry C 2015, 3, 7394. http://dx.doi.org/10.1039/C5TC01425E
• [32] Chang M., Lee J., Kleinhenz N. et al.: Advanced Functional Materials 2014, 24, 4457. http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201400523
• [33] Orgiu E., Masillamani A.M., Vogel J.O. et al.: Chemical Communications 2012, 48, 1562. http://dx.doi.org/10.1039/C1CC15477J
• [34] Puniredd S.R., Kiersnowski A., Battagliarin G. et al.: Journal of Materials Chemistry C 2013, 1, 2433. http://dx.doi.org/10.1039/C3TC00562C
• [35] Günes S., Neugebauer H., Sariciftci N.S.: Chemical Reviews 2007, 4, 1324. http://dx.doi.org/10.1021/cr050149z
• [36] Peet J., Senatore M.L., Heeger A.J., Bazan G.C.: Advanced Materials 2009, 21, 1521. http://dx.doi.org/10.1002/adma.200990046
• [37] Brady M.A., Su G.M., Chabinyc M.L.: Soft Matter 2011, 7, 11065. http://dx.doi.org/10.1039/C1SM06147J
• [38] Buxton G.A., Clarke N.: Physical Review B 2006, 74, 85207. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.74.085207
• [39] Bu L., Pentzer E., Bokel F.A. et al.: ACS Nano 2012, 12, 10924. http://dx.doi.org/10.1021/nn3043836
• [40] Verploegen E., Mondal R., Bettinger C. J. et al.: Advanced Functional Materials 2010, 20, 3519. http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201000975
• [41] El Gemayel M., Narita A., Dössel L.F. et al.: Nanoscale 2014, 12, 6301. http://dx.doi.org/10.1039/c4nr00256c
• [42] Babel A., Jenekhe S.A.: Macromolecules 2004, 37, 9835. http://dx.doi.org/10.1021/ma0482314
• [43] Kim F.S., Ahmed E., Subramaniyan S., Jenekhe S.A.: ACS Applied Materials and Interfaces 2010, 11, 2974. http://dx.doi.org/10.1021/am1006996
• [44] Szendrei K., Jarzab D., Chen Z. et al.: Journal of Materials Chemistry 2010, 20, 1317. http://dx.doi.org/10.1039/B919596C
• [45] Pat. US 6 815 711 B2 (2014).
• [46] Zhang Y., Liu J., Nguyen T.-Q.: ACS Applied Materials and Interfaces 2013, 5, 2347. http://dx.doi.org/10.1021/am302833j
• [47] Zhou X., Ai N., Guo Z.-H. et al.: Chemistry of Materials 2015, 27, 1815. http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.5b00018
• [48] Lu C., Wang J., Chang H.-C. et al.: Journal of Materials Chemistry C 2014, 2, 7489. http://dx.doi.org/10.1039/C4TC01267D

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.