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FP7

ELECTROMAT Resultado resumido

Referencia del proyecto: 291841
Financiado con arreglo a: FP7-PEOPLE
País: Serbia

Un nuevo estudio revela el papel del transporte de carga en los materiales orgánicos

Los semiconductores orgánicos representan una esperanza prometedora como elementos activos en los dispositivos optoelectrónicos o de células solares. El alcance de un proyecto desarrollado por un equipo de trabajo financiado con fondos europeos incluía el esclarecimiento de su mecanismo de transporte de carga, el cual condiciona el rendimiento del dispositivo.
Un nuevo estudio revela el papel del transporte de carga en los materiales orgánicos
En el seno del proyecto ELECTROMAT (Electronic transport in organic materials), el equipo investigador desarrolló un marco teórico e informático que vincula la estructura atómica del material orgánico con sus propiedades eléctricas.

Los semiconductores orgánicos pueden ser sensibles a los efectos polarónicos y, por tanto, no podrían transportar la carga de manera efectiva, razón por la cual la primera tarea fue determinar la naturaleza de los portadores de carga en los cristales orgánicos. Un estudio detallado mostró que el acoplamiento electrón-fonón en los cristales poliacenos no es suficientemente resistente para facilitar la formación del polarones.

Posteriormente, el equipo del proyecto ELECTROMAT desarrolló una metodología para simular el transporte de carga en los cristales orgánicos, para lo cual se realizaron cálculos ab-initio que consideraron la naturaleza cuántica tanto de los fonones como de los electrones. Los datos relacionados con la movilidad de los portadores en función del aumento o la disminución de la temperatura estaban en consonancia con los datos experimentales asociados a los cristales orgánicos poliacenos. Por otro lado, los datos teóricos también se ajustaban a los valores experimentales para los cristales de puntos cuánticos. El equipo de trabajo constató que, en este tipo de sólidos, el mecanismo de conducción principal es una ligera rotación del polarón.

Dependiendo de las condiciones de procesado, los materiales poliméricos conjugados pueden tener una estructura compleja, estando algunas partes dispuestas de manera ordenada mientras que otras forman una maraña. La función de la interfaz entre las regiones amorfas y cristalinas en el transporte de carga no se conoce con precisión. El grupo de investigadores concluyó que, en el caso de dos tipos distintos de interfaz, el transporte de carga se produce a través de los dominios cristalinos, mientras que los dominios amorfos actúan como grandes barreras para los portadores de carga. A diferencia de lo que ocurre en los cristales orgánicos compuestos de pequeñas moléculas, no se formaron estados de captura en la interfaz.

Mediante simulaciones, el equipo investigador alcanzó un conocimiento exhaustivo del transporte de carga en polímeros conjugados muy desordenados y ordenados.

A la pregunta de si los bordes de grano en los cristales orgánicos perjudican el transporte de carga, el equipo de trabajo resolvió que, efectivamente, introducen estados de captura en la banda prohibida del material y que para predecir sus energías y posiciones espaciales basta únicamente con la disposición geométrica de las moléculas cerca del borde. Además, las funciones de onda de estos estados se sitúan en parejas de moléculas muy juntas desde el otro lado del borde.

Los materiales orgánicos constituyen una alternativa económica para su utilización en células solares, transistores de efecto campo, diodos electroluminiscentes e incluso baterías de polímero de litio para coches. Se espera que la información arrojada por el proyecto ELECTROMAT en relación con estos materiales tenga un impacto socioeconómico considerable.

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Palabras clave

Transporte de carga, materiales orgánicos, cristales orgánicos, polarón, bordes de grano
Número de registro: 175035 / Última actualización el: 2016-04-21
Dominio: Tecnologías industriales