Físicos do Centro Integrado de Dresden para Física Aplicada e Materiais Fotônicos (IAPP) e do Centro para o Avanço da Eletrônica de Dresden (cfaed) na TU Dresden, junto com pesquisadores de Tübingen, Potsdam e Mainz foram capazes de demonstrar como as energias eletrônicas em filmes semicondutores orgânicos podem ser ajustados por forças eletrostáticas. Um conjunto diversificado de experimentos apoiado por simulações foi capaz de racionalizar o efeito de forças eletrostáticas específicas exercidas pelos blocos de construção moleculares em portadores de carga. O estudo foi publicado recentemente em Nature Communications .

Em dispositivos eletrônicos baseados em semicondutores orgânicos, como células solares, diodos emissores de luz, fotodetectores ou transistores, excitações eletrônicas e níveis de transporte de carga são conceitos importantes para descrever seus princípios de operação e desempenho. A energia correspondente, Contudo, são mais difíceis de acessar e ajustar do que em semicondutores inorgânicos convencionais, como chips de silício, o que representa um desafio geral. Isso se aplica tanto à medição quanto à influência controlada de fora.

Um botão de ajuste explora as interações de Coulomb de longo alcance, que é aprimorado em materiais orgânicos. No presente estudo, a dependência das energias dos níveis de transporte de carga e dos estados excitônicos na composição da mistura e orientação molecular no material orgânico é explorada. Excitons são pares ligados de um elétron e um buraco que são formados no material semicondutor por absorção de luz. Os cientistas referem-se à composição da mistura quando os componentes consistem em diferentes materiais semicondutores orgânicos. Os resultados demonstram que a energética em filmes orgânicos pode ser ajustada ajustando um único parâmetro molecular, a saber, o momento quadrupolo molecular na direção de empilhamento pi das moléculas. Um quadrupolo elétrico pode consistir em duas cargas positivas e duas negativas igualmente fortes, que formam dois dipolos opostos iguais. No caso mais simples, as quatro cargas são dispostas alternadamente nos cantos de um quadrado.

Os autores ainda vinculam parâmetros de dispositivos de células solares orgânicas, como a fotovoltagem ou a fotocorrente, a este momento quadrupolo. Os resultados ajudam a explicar avanços recentes na eficiência do dispositivo em células solares orgânicas, que são baseados em uma nova classe de materiais orgânicos. Como o efeito eletrostático observado é uma propriedade geral dos materiais orgânicos, incluindo as chamadas "pequenas moléculas" e polímeros, pode ajudar a melhorar o desempenho de todos os tipos de dispositivos orgânicos.