Role of molecular structure and morphology on the electron mobility of electrospun P(NDI2OD-T2) fibers

Charge transport in organic semiconductors is a very complex issue since it strongly depends not only on the chemical structure of the material but also on processing, post-processing and interfaces. An interesting case concerns the poly-{[N,N'-bis(2-octyldodecyl)-1,4,5,8-naphthalenedicarboximide-2,6-diyl]-alt-5,5'-(2,2'-bithiophene)} P(NDI2OD-T2), a n-type polymer recently proposed for applications in electronics and optoelectronics because of its high electron mobility and good air-stability. The charge transport characteristics of this polymer in thin film are highly influenced by the texture, with a preferred face-on, the processing technique, the solvent used to be processed and the annealing. In this thesis work, P(NDI2OD-T2) was electrospun from three different solvents (chloroform, chlorobenzene and solvent binary system chloroform/anisole) to obtain defect-free nanofibers, which showed remarkably different electron mobility values. To understand the origin of these large variations in charge transport ability, chain orientation and crystal structure have been investigated by FT-IR with polarized light and GIWAXS, respectively. The results clearly support a lamellar conformation modelling, indicating that hopping rather than the intramolecular charge transport occurs in P(NDI2OD-T2).

Il trasporto di carica nei semiconduttori organici è una questione molto complessa poiché dipende fortemente non solo dalla struttura chimica del materiale, ma anche dal processing, post processing e dalle interfacce. Un caso interessante riguarda il poli-{[N,N'-bis(2-octildodecil)-1,4,5,8-naftalenedicarbossimmide-2,6-diIl]-alt-5,5'-(2,2'-bitiofene)} P(NDI2OD-T2), un polimero di tipo n che è stato recentemente proposto per applicazioni in elettronica ed optoelettronica per la sua alta mobilità elettronica e buona stabilità all’aria. Le caratteristiche del trasporto di carica di tale polimero nei film sottili sono altamente influenzate dalla configurazione, che in questo caso è prevalentemente face-on, dalle tecniche di preparazione, dal solvente usato per il processing e dall’annealing. In questo lavoro di tesi, il P(NDI2OD-T2) è stato elettrofilato a partire da tre diversi solventi (cloforormio, clorobenzene ed un sistema binario composto da cloroformio/anisolo) ottenendo fibre prive di difetti, le quali hanno mostrato marcate differenze nei valori di mobilità. Per capire le origini di così elevate variazioni nelle proprietà di trasporto di carica, sono state analizzate l’orientazione delle catene e la struttura cristallina all’interno della fibra, rispettivamente tramite FT-IR con luce polarizzata e GIWAXS. I risultati supportano un modello di conformazione a lamelle, prediligendo per il P(NDI2OD-T2) un meccanismo di trasporto di carica basato sull’hopping piuttosto che intramolecolare.