电导掺杂是克服非晶态有机半导体电导率低的一种不可缺少的方法，这对有机电子学的应用提出了巨大的挑战。虽然调节掺杂剂和基质的电离势和电子亲和势是控制掺杂效率的常用方法，但许多其他效应也起着重要作用。

近日，卡尔斯鲁厄理工学院Artem Fediai超越了现有的方法，开发了一个微观模型来计算主体-掺杂相互作用，并将这种对VC(R)的显式计算整合到一个以前仅适用于固有的OS5的多尺度从头算模型中。

文章要点

1）在OSC薄膜的数字孪晶中，计算了不同距离和相对取向的对的主体-掺杂相互作用VC(r)。通过扩展本征半导体的最新方法，以量子精度显式地考虑了每对独特环境的静电响应。因此，该模型考虑了可靠地评价非晶态OS掺杂效率的三个基本因素：V_c(r)的距离依赖性、V_c(r)在不同相对取向下的无序性以及ICT态环境中极化效应的影响。所得到的分布被用来对动力学蒙特卡罗(KMC)模型进行参数化，以计算掺杂OSC的电导率，从而在器件水平上弥合基础化学和功能之间的差距。

2）研究人员将这一工作流程应用于五种典型的宿主-掺杂剂组合，并确定相对分子取向是过度筛选效应的原因，即在较短的宿主-掺杂剂距离下偏离两个相反电荷的库仑定律。

3）研究人员系统地研究了掺杂微静电对掺杂效率的影响，提出了通过分子设计来调节高达两个数量级的电导率的可能性。最后，我们根据实验数据验证了我们的模型。研究发现，V_C(r)分布的宽度降低了电导率，因此起到了与本征OSC中的能量无序类似的作用。

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Armleder, J., Neumann, T., Symalla, F. et al. Controlling doping efficiency in organic semiconductors by tuning short-range overscreening. Nat Commun 14, 1356 (2023).

DOI：10.1038/s41467-023-36748-x

https://doi.org/10.1038/s41467-023-36748-x