Autopista molecular para electrones en diodos orgánicos emisores de luz

Un nuevo concepto de material permite fabricar OLED azules eficientes con una estructura muy simplificada

27.07.2023 - Alemania

Debido a su especial estructura química, las moléculas se disponen en una especie de espiral. El resultado: El núcleo conductor de electrones queda apantallado, lo que aumenta la eficacia del diodo orgánico emisor de luz.

El uso de diodos orgánicos emisores de luz (OLED) está muy extendido. Para su uso en pantallas, los OLED azules son necesarios además para complementar los colores primarios rojo y verde. Especialmente en los OLED azules, las impurezas dan lugar a fuertes pérdidas eléctricas, que podrían evitarse en parte utilizando diseños de dispositivos muy complejos y caros. Un equipo del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros ha desarrollado ahora un nuevo concepto de material que permite fabricar OLED azules eficientes con una estructura muy simplificada.

Desde televisores hasta teléfonos inteligentes, los diodos orgánicos emisores de luz (OLED) se están instalando en muchos dispositivos de uso cotidiano. Para mostrar una imagen se necesitan los tres colores primarios: rojo, verde y azul. En particular, los diodos emisores de luz azul siguen siendo difíciles de fabricar porque la luz azul -físicamente hablando- tiene una energía elevada, lo que dificulta el desarrollo de materiales.

Sobre todo, la presencia de cantidades ínfimas de impurezas en el material que no se pueden eliminar desempeña un papel decisivo en el rendimiento de estos materiales. Estas impurezas -moléculas de oxígeno, por ejemplo- forman obstáculos para que los electrones se desplacen por el interior del diodo y participen en el proceso de generación de luz. Cuando un electrón es capturado por un obstáculo de este tipo, su energía no se convierte en luz, sino en calor. Este problema, conocido como "atrapamiento de carga", se da sobre todo en los OLED azules y reduce considerablemente su eficacia.

Un equipo dirigido por Paul Blom, director del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros, ha abordado el problema de la captura de carga. Para ello han utilizado una nueva clase de moléculas. Constan de dos partes químicas: una es responsable de la conducción de electrones y la otra no es sensible a las impurezas. Al manipular la estructura química de la molécula, se consigue una disposición espacial especial: Cuando se unen varias moléculas, forman una especie de "espiral", es decir, la parte conductora de electrones de las moléculas forma la parte interior, que está protegida en el exterior por la otra parte de las moléculas. Esto se asemeja, desde el punto de vista molecular, a un cable coaxial con un núcleo interno conductor de electrones y una parte externa que lo apantalla.

El revestimiento forma así una especie de "capa protectora" del núcleo conductor de electrones, protegiéndolo de la intrusión de moléculas de oxígeno. Así, los electrones pueden moverse rápida y libremente a lo largo del eje central de la espiral sin quedar atrapados por obstáculos, de forma similar a los coches en una autopista sin cruces, semáforos u otros obstáculos.

"Una de las particularidades de nuestro nuevo material es que la ausencia de pérdidas debidas a impurezas y el consiguiente transporte eficiente de electrones pueden simplificar enormemente el diseño de los OLED azules, manteniendo al mismo tiempo una alta eficiencia", afirma Paul Blom.

Con su trabajo, los investigadores esperan haber dado un paso importante hacia una producción más sencilla de diodos emisores de luz azul. Ahora han publicado sus resultados en la revista "Nature Materials".

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