Pintura con cristales
Los semiconductores hechos de materiales orgánicos, por ejemplo para diodos emisores de luz (OLED) y células solares, podrían sustituir o complementar la electrónica basada en el silicio en el futuro. La eficiencia de tales dispositivos depende crucialmente de la calidad de las finas capas de tales semiconductores orgánicos. Estas capas se crean mediante el recubrimiento o la impresión de "tintas" que contienen el material. Los investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros (MPI-P) han desarrollado un modelo informático que predice la calidad de tales capas en función de las condiciones de procesamiento, como el tiempo de secado de la tinta o la velocidad de recubrimiento. Este modelo tiene por objeto acelerar los enfoques de optimización de procesos y productos que requieren mucho tiempo.
Usando simulaciones por ordenador, los científicos del MPI-P pueden predecir la estructura de los cristales en las capas de semiconductores orgánicos
© MPI-P
Los semiconductores orgánicos se utilizan hoy en día para varios componentes electrónicos, como los diodos emisores de luz, las células solares y los transistores. En los casos en que algunas de estas aplicaciones ya se utilizan ampliamente (en particular los OLED), otras todavía requieren mejoras sustanciales antes de que puedan introducirse en el mercado. Esos componentes dependen del transporte de electrones a través del semiconductor orgánico. En el caso de los OLEDs, por ejemplo, los electrones son alimentados con energía por un voltaje eléctrico, que luego pueden emitir de nuevo en forma de luz. Sin embargo, si la calidad de la capa orgánica es pobre, gran parte de la energía se devuelve al material sin emitir luz.
Una forma atractiva de fabricar las capas semiconductoras, es a través de la impresión o recubrimiento de una tinta que contiene el semiconductor orgánico en un disolvente. Durante la evaporación del disolvente el semiconductor forma cristales. El tamaño y la forma de estos cristales determinan el aspecto y la calidad de la capa funcional. "El tamaño y la forma óptimos de los cristales dependen en gran medida de la aplicación", dice el Dr. Jasper J. Michels, autor principal del estudio y jefe de grupo del departamento del Prof. Paul Blom en el MPI-P. Un gran problema es que hasta ahora no ha sido posible predecir cómo la cristalización depende de las propiedades de la tinta y del proceso de recubrimiento. Por lo tanto, encontrar la estrategia de fabricación que ofrezca el mejor rendimiento posible del producto suele ser una tarea que requiere mucho tiempo, es un derroche y es muy costosa. "El hecho de no poder predecir la idoneidad de las capas revestidas impide trasladar la fabricación a escala de laboratorio a la producción industrial y dificulta la amplia difusión de nuevas aplicaciones para la electrónica orgánica", explica Michels.
Un equipo de científicos dirigido por Michels ha desarrollado un modelo informático capaz de hacer tales predicciones. Los cálculos imitan el revestimiento y la cristalización reales, ya que se producen en tiempo real. Al aumentar la velocidad del revestimiento en sus simulaciones por computadora, los autores demostraron cómo la forma de los cristales exhibe una transición de cintas, a través de elipsoides alargados a pequeños polígonos. Las simulaciones revelaron que el hecho de que estas transiciones de forma sean repentinas o graduales depende en gran medida de la rapidez con que se evapore el disolvente. "Si ahora sabemos qué papel desempeñan las interfaces de los cristales durante la operación, nuestro nuevo modelo puede precalcular los ajustes del material y del proceso para alcanzar un compromiso óptimo entre, por ejemplo, la velocidad de producción y la calidad de la película", explica Michels. "Por lo tanto, esperamos que nuestro trabajo sea un paso importante para que finalmente se disponga de nuevos productos basados en semiconductores orgánicos".
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