新型态密度模型助力解析无序有机半导体载流子输运

新型态密度模型助力解析无序有机半导体载流子输运

在有机半导体领域，载流子输运的精确描述一直是研究的重点和难点。最近，Qin等人提出了一种基于前沿轨道理论和概率统计的新型态密度（DOS）模型，为理解无序有机半导体中的载流子行为提供了新的视角。

研究背景与意义

在过去的几十年里，有机半导体器件因其在柔性电子、光伏和显示技术等领域的潜在应用而受到广泛关注。然而，与无机半导体不同，大多数有机半导体中的载流子输运是在无序系统中进行的，这使得建立一个统一的模型来解释其输运特性变得极具挑战性。

新型态密度模型的提出

Qin等人提出了一种基于前沿轨道理论和概率统计的DOS函数模型。该模型不是对现有高斯DOS和指数DOS的简单改进，而是尝试将概率理论与无序有机半导体中DOS相关的物理理论相结合。通过与其他DOS方案和实验数据的比较，验证了该模型的优越性。

图1：不同DOS与实验数据对迁移率浓度依赖性的比较（a）和迁移率电场依赖性实验数据的比较（b）

模型的验证与分析

研究团队详细分析了新模型的参数选择方法，并通过实验数据验证了DOS参数的预测。结果显示，基于新DOS模型的迁移率计算结果与实验数据更为接近，特别是在高浓度和低浓度下的迁移率以及与电场相关的迁移率方面。

图2：参数p和q对迁移率随浓度的影响（a,b），浓度对电场迁移率的影响（c），DOS参数对电场迁移率的影响（d）

理论解释与展望

研究团队利用平衡能理论和输运能理论解释了DOS参数的物理意义，并进行了预测。计算结果与实验数据的一致性验证了预测的准确性。此外，基于此DOS的迁移率模型的良好拟合效果也为安德森定位理论提供了实证支持。

这一研究为未来有机半导体中载流子输运的研究提供了新的思路和工具，具有重要的科学意义和应用前景。

参考文献：
Qin, D.; Chen, J.; Lu, N. A Novel Density of States (DOS) for Disordered Organic Semiconductors. Micromachines 2023, 14, 1361.