Pienimolekyyliset orgaaniset yhdisteet aurinkokennoissa, valodiodeissa ja transistoreissa

Abstract

Puolijohde-elektroniikan kulutuksen kasvun myötä harvinaisten ja ko. teknologian ainesosina kriittisten metallien loppuminen on realistinen globaali uhkakuva. Perinteisten piipohjaisten puolijohteiden tutkimuksen rinnalla elänyt orgaanisten puolijohteiden tutkimushaara on 2000-luvulla avannut uuden mahdollisen suunnan puolijohdeteknologian tulevaisuudelle. Tässä pro gradu -tutkielmassa esitellään orgaanisen puolijohde-elektroniikan päätyypit eli aurinkokenno (engl. organic solar cell, OSC), valodiodi (engl. organic light-emitting diode, OLED) sekä kenttävaikutteinen transistori (engl. organic field-effect transistor, OFET). Tutkielmassa keskitytään näissä sovelluksissa käyttökelpoisten pienimolekyylisten orgaanisten yhdisteiden tarkasteluun. Tutkielma on luonteeltaan kirjallisuuskatsaus, jonka tärkeimpänä lähdemateriaalina on käytetty kattavia ja ajankohtaisia review-artikkeleita[1–8] sekä lukuisia tutkimusartikkeleita ja myös Internet-aineistoa. Orgaanisten puolijohteiden yhdisteiden tärkeimpiin ominaisuusvaatimuksiin kuuluvat mahdollisimman konjugoitunut orbitaalijärjestelmä, sähkövarausten kulkua tehostava poolisuus, kemiallinen vakaus sekä tiivis pakkautumiskyky molekyylien välisen vuorovaikutuksen lisäämiseksi. Myös yhdisteiden syntetisoiminen sekä materiaalien prosessointi tulee olla edullista ja yksinkertaista ollakseen kilpailukykyistä. Tutkielman päätelminä todetaan, että käyttökelpoisia ja tulevaisuuden täysin orgaanisissa materiaaleissa lupaavia yhdistetyyppejä ovat esimerkiksi oligotiofeenit, trifenyyliamiinit, merosyaniinit, kinakridonit ja ftalosyaniinit sekä näiden lukemattomat muunnelmat. Kun komponenttien tehokkuus- ja kestävyysparametrit saavuttavat kaupallisesti riittävän tason, näiden materiaalien pohjalta voidaan kehitellä ratkaisuja, joita tullaan näkemään maailmanlaajuisessa aurinkoenergia- ja valaistusinfrastruktuurissa ynnä muissa elektroniikan sovelluksissa.