Original Article
  • Study on the Morphologies and Electrical Properties in Polymer Blend Thin-Films Based on Two Poly(3-hexylthiophene) Conjugated Polymers with Different Regio-regularities

  • Ganghoon Jeong*§, Nann Aye Mya Mya Phu*§, Rae-Su Park**, Jeong Woo Yun***, Yeongun Ko*†, Mincheol Chang*†

  • * Department of Polymer Engineering, Graduate School, Chonnam National University, Gwangju 61186, Korea
    ** Department of Chemical Engineering, Chosun University, Gwangju 61452, Korea
    *** School of Chemical Engineering, Chonnam National University, Gwangju 61186, Korea

  • 서로 다른 위치 규칙성을 가지는 두 개의 Poly(3-hexylthiophene) 공액 고분자를 기반으로 한 고분자 복합 박막의 구조와 전기적 특성에 대한 연구

  • 정강훈*§ · Nann Aye Mya Mya Phu*§ · 박래수** · 윤정우*** · 고영운*† · 장민철*†

  • This article is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

Poly(3-hexylthiophene) (P3HT) is a conjugated polymer that is highly soluble in organic solvents and is readily available. However, its electrical properties as an active channel in electronic devices are not enough for practical applications, necessitating further improvement in the properties. In this study, we demonstrate that the blending of two P3HT polymers (i.e., regio-regular (RR) P3HT and regio-random (RRa) P3HT) with different regio-regularities can significantly improve charge transport characteristics of the blend films. The morphological and electrical properties of the blend films were systematically investigated by varying the ratio between two P3HT polymers. Atomic force microscopy (AFM), X-ray diffraction (XRD), and UV-visible absorption spectroscopy (UV-vis) were employed to evaluate the morphological and optoelectronic properties of the blend films. The crystallinity of the blend films increased with increasing the content of RRa-P3HT to 20 wt% and gradually decreased as the content increased to 80%. Consistently, the highest charge carrier mobility was obtained from the blend films containing 20 wt% RRa-P3HT, which value was measured to be 0.029 cm²/V·s. The values gradually decreased to 0.0007 cm²/V·s with increasing the content of RRa-P3HT to 80 wt%.


Poly(3-hexylthiophene) (P3HT)는 유기 용매에서 높은 용해도를 가지고 있으면서 상대적으로 쉽게 구할 수 있는 공액 고분자 중 하나이다. 그러나, 전자소자의 활성 소재로써 전기적 특성은 실제로 응용하기에는 부족하므로 추가 개선이 필요하다. 본 연구에서는, 서로 다른 위치 규칙성 (regio-regularity)을 가지는 두 P3HT 고분자 (즉, regio-regular (RR) P3HT 및 regio-random (RRa) P3HT)를 혼합하여 혼합 박막의 전하 전달 특성을 크게 향상시킬 수 있음을 보여준다. 두 P3HT 고분자 간 비율을 변화시킴으로써 혼합 박막의 구조적 및 전기적 특성을 체계적으로 조사하였으며, 원자 힘 현미경(AFM), X선 회절(XRD) 및 UV-vis 흡수분광법을 사용하여 혼합 필름의 구조 및 광전자적 특성을 평가하였다. 혼합 박막의 결정성은 RRa-P3HT 함량이 20 wt%로 증가함에 따라 증가하였으며, 이후 80%까지 증가함에 따라 감소하였다. 전하 이동도의 경향성 또한 이와 같았으며, 20 wt%의 RRa-P3HT를 포함하는 혼합 박막의 전하 이동도는 가장 높은 0.029 cm²/V·s로 측정되었고 함량이 80 wt%까지 증가함에 따라 0.0007 cm²/V·s 로 감소하였다


Keywords: 공액 고분자(Conjugated polymer), Poly(3-hexylthiphene), 위치 규칙성(Regio-regularity), 유기 전계효과 트랜지스터(Organic field-effect transistor), 자기조립(Self-assembly)

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Correspondence to

  • Yeongun Ko*, Mincheol Chang*

  • Department of Polymer Engineering, Graduate School, Chonnam National University, Gwangju 61186, Korea

  • E-mail: yeongunko@jnu.ac.kr, mchang35@jnu.ac.kr