Adv.Mater.：將基于高性能共軛聚合物的有機二極管整流器用于近場能量收集電路

【引言】

有機半導體已經被廣泛應用在有機場效應晶體管（OFETs）、有機光伏（OPVs）和有機發光二極管（OLEDs）中。盡管作為能量收集電路的關鍵組分之一，但關于有機半導體在整流器中應用的報道并不多。整流器可以將交流電（AC）轉換為直流電（DC）。它們存在于包括RFID標簽等電力系統中。將標簽上的天線與由發射器和整流電路產生的近場通訊（NFC）場進行配對就可以將振蕩信號轉換為直流偏置信號并可用于對標簽的外電路進行無線充電。有機整流器在有機電子器件中也具有重要應用。不僅因為有機整流器具有有機電子器件的普遍優點（高產率和柔性），而且其有望降低將硅芯片附著在印刷天線上的成本，而這制約著現今硅基RFID的制造成本。盡管OFET、OLED、發光器件和光伏器件取得了極大的進步，然而，有機整流器目前還有待進一步發展。

【成果簡介】

近日，來自劍橋大學的Henning Sirringhaus教授（通訊作者）等人對基于高性能共軛聚合物的有機二極管整流器進行了研究，并將其應用在了近場能量收集電路中。相關成果以“Organic Diode Rectifiers Based on a High-Performance Conjugated Polymer for a Near-Field Energy-Harvesting Circuit”為題發表在了近期出版的Advanced Materials上。

實驗中在塑料襯底上制作了有機二極管，并對高頻射頻識別信號（13.56MHz）進行了整流作用，其具有足夠的能量作用于交互式智能標簽。研究者對高性能共軛半導體進行了仔細的結構優化以使其能滿足有機半導體基邏輯電路的電力需求。

【圖文導讀】

圖1 二極管的結構及其I-V特性

（a）二極管結構示意圖

（b）有機二極管的I-V特性曲線

（c）具有多層有機二極管的柔性襯底的照片

（d）有機半導體C₁₆IDT-BT的分子結構

圖2 不同條件制得的二極管的I-V特性曲線

（a）正極和半導體之間有/無ZnO夾層的有機二極管的I-V特性曲線

（b）正極和半導體之間有/無PEIE夾層的有機二極管的I-V特性曲線

圖3 ?有機半導體的電學性質及其實際應用

（a）有機二極管的電容-電壓特性曲線

（b）C_L = 1 nF時，從不同負載下連接半波長整流器的單個二極管得到的輸出電壓

（c）整流電路中使用的電壓四倍壓器的示意圖

（d）四倍壓器輸出電壓與正弦輸入電壓的關系

（e）整流器在智能標簽的應用場景示意圖

（f）NFC讀卡器上原形標簽的照片

【小結】

本文證明了塑料襯底上的高性能共軛聚合物整流二極管在NFC中應用的可行性。優化后較高的二極管正向電流對二極管性能是十分必要的，也對基于金正極和MoO₃/Ag負極的非常簡單的二極管結構十分重要。實驗中的能量富集電路能夠為有機半導體基邏輯電路供給能量，同時標準的NFC讀卡器能夠為交互式智能標簽進行供能。

文獻鏈接：Organic Diode Rectifiers Based on a High-Performance Conjugated Polymer for a Near-Field Energy-Harvesting Circuit（Adv.Mater., 2017, DOI:10.1002/adma.201703782）

本文由材料人電子電工學術組大城小愛供稿，材料牛整理編輯。

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