有机半导体材料是下一代有机电子学中最重要的材料，但是n型有机半导体材料的发展比p型半导体的发展更慢，这是由于n型半导体的载流子迁移率和环境稳定性较低所导致的，并且目前符合这种稳定性和足够迁移率的材料还没有结果。东京大学Toshihiro Okamoto、筑波大学、富士胶片公司、北里大学、日本国立材料科学研究所、富山大学等对n型半导体的设计进行研究，发现通过引入比较特别的含有富电子N原子的π电子体系官能团，得到了高性能n型半导体有机材料。此外，这种特别的π电子结构体系对电子学性能/结构稳定性都有帮助，并且展现了较高的载流子迁移率、较好的大气环境和热稳定性，比目前的n型有机半导体的性能更高。

本文要点：

(1）   作者制作了一种BQQDI（PDI结构类似物分子），但是相对于PDI结构，BQQDI分子的能级更合适，LUMO能级由-3.81 eV降低至-4.17 eV，改善了材料的稳定性。BQQDI材料中的富电性N 原子改善了材料中电负型位点分布，改善了材料主体结构的相互作用关系。

(2）   对比了烷基链和芳基链对分子的影响，分别将链状烷基n-C₈H₁₇和C₂H₄Ph芳基组装到分子中，结果显示材料具有较好的热稳定性和晶体稳定性。通过计算模拟对材料的堆叠和电荷传输性能进行分析。结果显示修饰C₈H₁₇的分子（7.97 kcal mol^-1）比PDI本征分子（5.4 kcal mol^-1）之间的相互作用更强，修饰PhC₂H₄-的分子（8.48 kcal mol^-1）相互作用更高（因为苯环提供了另外的作用）。

器件的稳定性测试。对器件在长时间稳定测试结果显示，储存在大气氛围半年以上性能没有衰减。在180 ℃中测试结果显示，器件同样能够保持稳定，μ_e和V_th没有改变。

参考文献

Toshihiro Okamoto*, Shohei Kumagai, Eiji Fukuzaki, Hiroyuki Ishii, Go Watanabe, Naoyuki Niitsu, Tatsuro Annaka, Masakazu Yamagishi, Yukio Tani, Hiroki Sugiura, Tetsuya Watanabe, Shun Watanabe and Jun Takeya

Robust, high-performance n-type organic semiconductors，Science Advances 2020, 6 (18), eaaz0632

DOI：10.1126/sciadv.aaz0632

https://advances.sciencemag.org/content/6/18/eaaz0632