p Semicondutores orgânicos são valorizados para diodos emissores de luz (LEDs), transistores de efeito de campo (FETs) e células fotovoltaicas. Como eles podem ser impressos a partir da solução, eles fornecem um sistema altamente escalonável, alternativa econômica para dispositivos baseados em silício. Desempenhos irregulares, Contudo, tem sido um problema persistente. Os cientistas sabem que os problemas de desempenho se originam nas interfaces de domínio dentro de filmes finos de semicondutores orgânicos, mas não sei a causa. Este mistério agora parece ter sido resolvido. p Naomi Ginsberg, um professor químico do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e da Universidade da Califórnia (UC) Berkeley, liderou uma equipe que usou uma forma única de microscopia para estudar as interfaces de domínio dentro de um semicondutor orgânico processado por solução de alto desempenho chamado TIPS-pentaceno. Ela e sua equipe descobriram uma confusão desordenada de nanocristalitos orientados aleatoriamente que ficam cineticamente presos nas interfaces durante o lançamento da solução. Como escombros em uma rodovia, esses nanocristalitos impedem o fluxo de portadores de carga.

p "Se as interfaces fossem organizadas e limpas, eles não teriam um impacto tão grande no desempenho, mas a presença dos nanocristalitos reduz a mobilidade do portador de carga, "Ginsberg diz." Nosso modelo de nanocristalito para a interface, o que é consistente com as observações, fornece informações críticas que podem ser usadas para correlacionar métodos de processamento de solução com o desempenho ideal do dispositivo. "

p Ginsberg, que tem funções na Divisão de Biociências Físicas do Laboratório Berkeley e na Divisão de Ciências de Materiais, bem como os departamentos de química e física da UC Berkeley, é o autor correspondente de um artigo que descreve esta pesquisa em Nature Communications . O artigo é intitulado "Dinâmica de exciton revela agregados com ordem intermolecular em interfaces ocultas em filmes semicondutores orgânicos fundidos em solução." Os co-autores são Cathy Wong, Benjamin Cotts e Hao Wu.

p Semicondutores orgânicos são baseados na capacidade do carbono de formar moléculas maiores, como benzeno e pentaceno, apresentando condutividade elétrica que fica em algum lugar entre isoladores e metais. Por meio do processamento da solução, materiais orgânicos geralmente podem ser moldados em filmes cristalinos sem o caro processo de recozimento de alta temperatura necessário para o silício e outros semicondutores inorgânicos. Contudo, embora tenha ficado claro que as interfaces de domínio cristalino dentro de filmes finos orgânicos semicondutores são essenciais para seu desempenho em dispositivos, informações detalhadas sobre a morfologia dessas interfaces não existiam até agora.

p "Os domínios de interface em filmes finos de semicondutores orgânicos são menores do que o limite de difração, escondido de técnicas de sonda de superfície, como microscopia de força atômica, e sua heterogeneidade em nanoescala não é normalmente resolvida usando métodos de raios-X, "Ginsberg diz." Além disso, o TIPS-pentaceno cristalino que estudamos tem emissão virtualmente zero, o que significa que não pode ser estudado com microscopia fotoluminescente. "

p Ginsberg e seu grupo superaram os desafios usando microscopia de absorção transiente (TA), uma técnica na qual pulsos de laser de femtossegundos excitam estados de energia transitória e detectores medem as mudanças no espectro de absorção. Os pesquisadores de Berkeley realizaram a microscopia TA em um microscópio óptico que eles mesmos construíram, o que lhes permitiu gerar volumes focais mil vezes menores do que os típicos dos microscópios TA convencionais. Eles também implantaram várias polarizações de luz diferentes que lhes permitiram isolar sinais de interface não vistos em nenhum dos domínios adjacentes.

p "Instrumentação, incluindo detectores muito bons, a meticulosa coleta de dados para garantir boas relações sinal-ruído, e a maneira como elaboramos o experimento e a análise foram essenciais para o nosso sucesso, "Ginsberg diz." Nossa resolução espacial e sensibilidade de polarização de luz também foram essenciais para ser capaz de ver inequivocamente uma assinatura da interface que não foi inundada pelo volume, o que contribui muito mais para o sinal bruto por volume. "

p A metologia desenvolvida por Ginsberg e sua equipe para descobrir motivos estruturais em interfaces ocultas em filmes finos de semicondutores orgânicos deve adicionar um fator preditivo ao processamento de solução escalável e acessível desses materiais. Essa capacidade preditiva deve ajudar a minimizar descontinuidades e maximizar a mobilidade do portador de carga. Atualmente, pesquisadores usam o que é essencialmente uma abordagem de tentativa e erro, em que diferentes condições de lançamento de solução são testadas para ver o desempenho dos dispositivos resultantes.

p "Nossa metodologia fornece um intermediário importante no ciclo de feedback de otimização do dispositivo, caracterizando os detalhes microscópicos dos filmes que vão para os dispositivos, e inferindo como o lançamento da solução poderia ter criado as estruturas nas interfaces, "Ginsberg diz." Como resultado, podemos sugerir como alterar o delicado equilíbrio dos parâmetros de fundição da solução para fazer filmes mais funcionais. "