Adv.Mater.：将基于高性能共轭聚合物的有机二极管整流器用于近场能量收集电路

【引言】

有机半导体已经被广泛应用在有机场效应晶体管（OFETs）、有机光伏（OPVs）和有机发光二极管（OLEDs）中。尽管作为能量收集电路的关键组分之一，但关于有机半导体在整流器中应用的报道并不多。整流器可以将交流电（AC）转换为直流电（DC）。它们存在于包括RFID标签等电力系统中。将标签上的天线与由发射器和整流电路产生的近场通讯（NFC）场进行配对就可以将振荡信号转换为直流偏置信号并可用于对标签的外电路进行无线充电。有机整流器在有机电子器件中也具有重要应用。不仅因为有机整流器具有有机电子器件的普遍优点（高产率和柔性），而且其有望降低将硅芯片附着在印刷天线上的成本，而这制约着现今硅基RFID的制造成本。尽管OFET、OLED、发光器件和光伏器件取得了极大的进步，然而，有机整流器目前还有待进一步发展。

【成果简介】

近日，来自剑桥大学的Henning Sirringhaus教授（通讯作者）等人对基于高性能共轭聚合物的有机二极管整流器进行了研究，并将其应用在了近场能量收集电路中。相关成果以“Organic Diode Rectifiers Based on a High-Performance Conjugated Polymer for a Near-Field Energy-Harvesting Circuit”为题发表在了近期出版的Advanced Materials上。

实验中在塑料衬底上制作了有机二极管，并对高频射频识别信号（13.56MHz）进行了整流作用，其具有足够的能量作用于交互式智能标签。研究者对高性能共轭半导体进行了仔细的结构优化以使其能满足有机半导体基逻辑电路的电力需求。

【图文导读】

图1 二极管的结构及其I-V特性

（a）二极管结构示意图

（b）有机二极管的I-V特性曲线

（c）具有多层有机二极管的柔性衬底的照片

（d）有机半导体C₁₆IDT-BT的分子结构

图2 不同条件制得的二极管的I-V特性曲线

（a）正极和半导体之间有/无ZnO夹层的有机二极管的I-V特性曲线

（b）正极和半导体之间有/无PEIE夹层的有机二极管的I-V特性曲线

图3  有机半导体的电学性质及其实际应用

（a）有机二极管的电容-电压特性曲线

（b）C_L = 1 nF时，从不同负载下连接半波长整流器的单个二极管得到的输出电压

（c）整流电路中使用的电压四倍压器的示意图

（d）四倍压器输出电压与正弦输入电压的关系

（e）整流器在智能标签的应用场景示意图

（f）NFC读卡器上原形标签的照片

【小结】

本文证明了塑料衬底上的高性能共轭聚合物整流二极管在NFC中应用的可行性。优化后较高的二极管正向电流对二极管性能是十分必要的，也对基于金正极和MoO₃/Ag负极的非常简单的二极管结构十分重要。实验中的能量富集电路能够为有机半导体基逻辑电路供给能量，同时标准的NFC读卡器能够为交互式智能标签进行供能。

文献链接：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）

本文由材料人电子电工学术组大城小爱供稿，材料牛整理编辑。

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