Il drogaggio molecolare è una strategia fondamentale per modulare le proprietà di trasporto di carica, l’allineamento dei livelli energetici e l’iniezione di carica nei dispositivi elettronici organici stampati. Tuttavia, il drogaggio di tipo n è particolarmente complesso, a causa della scarsa affinità elettronica dei semiconduttori polimerici ad alte prestazioni. Per questo motivo si ricorre a dopanti precursori come N-DMBI-H, che sono stabili all’aria e attivabili termicamente per generare in situ le specie realmente attive. Durante l’attivazione termica, però, oltre alla reazione di drogaggio, si innescano fenomeni di diffusione e segregazione di fase, che modificano la morfologia del film e ne compromettono l’efficienza. In questo studio, sei dopanti diversi sono stati confrontati in miscela con il polimero modello P(NDI2OD-T2). È emerso che la presenza di gruppi aromatici π-estesi, come nel caso dei nuovi dopanti IStBI, PThBI e CBzBI, migliora l’interazione con il polimero e riduce la segregazione di fase, portando a prestazioni migliori. Al contrario, dopanti come 2C4-DMBI e AnDMBI mostrano una segregazione più marcata, con conseguente calo dell’efficienza. Il contributo delle simulazioni atomistiche è stato essenziale per correlare la struttura molecolare dei dopanti alla loro tendenza a diffondere e separarsi dalla matrice polimerica. Questi modelli computazionali, difficili da ottenere sperimentalmente, hanno permesso di razionalizzare le tendenze osservate e suggerire linee guida per la progettazione di dopanti di nuova generazione. In particolare, si è visto che progettare dopanti capaci di interagire non covalentemente con il polimero ospite rappresenta una strategia promettente per ottenere un drogaggio più efficiente, anche a concentrazioni moderate.
Il lavoro è frutto di una collaborazione tra i ricercatori di: CNR-ISM, Università di Milano Bicocca, Politecnico di Milano, Istituto Italiano di Tecnologia, University of California Santa Barbara, Georgia Institute of Technology.

Gli autori ringraziano: per il supporto ricevuto da parte di MUSA (Multilayered Urban Sustainability Action) – progetto finanziato dall’Unione Europea–NextGenerationEU, nell’ambito del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR), Missione 4 Componente 2 Linea di Investimento 1.5: potenziamento delle strutture di ricerca e creazione di “ecosistemi dell’innovazione” per la nascita di “campioni territoriali di R&S” – e dal progetto PRIN-PNRR INPOWER (P2022PXS5S);
il Materials Research Science and Engineering Center (MRSEC) presso l’Università della California, Santa Barbara (NSF DMR-2308708, IRG-1) per il finanziamento ricevuto. Le Strutture Sperimentali Condivise del Materials Research Laboratory sono state supportate dal programma MRSEC della National Science Foundation (Award No. DMR-2308708), come parte della rete NSF-funded Materials Research Facilities Network;
il personale del sincrotrone ALBA, in particolare il Dr. Eduardo Solano, e il Dr. Jaime Martin (Universidade da Coruña) per l’assistenza negli esperimenti GIWAXS;
per il supporto da parte del Consiglio Europeo della Ricerca (ERC) nell’ambito del programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’Unione Europea per il progetto “ELFO”, Grant Agreement n. 864299;
per il supporto nell’ambito del programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’Unione Europea per il progetto “ROBOFOOD”, Grant Agreement n. 964596;
per il finanziamento l’ICSC–Centro Nazionale di Ricerca in High Performance Computing, Big Data e Quantum Computing, con il supporto dell’Unione Europea–NextGenerationEU (grant CN00000013), e dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR) nell’ambito del programma di ricerca PRIN-2022 (progetto “NIR+”).