Físicos del Centro Integrado de Física Aplicada y Materiales Fotónicos de Dresde (IAPP) y del Centro de Electrónica Avanzada de Dresde (cfaed) en la TU Dresden, junto con investigadores de Tübingen, Potsdam y Mainz pudieron demostrar cómo las energías electrónicas en las películas de semiconductores orgánicos pueden ajustarse mediante fuerzas electrostáticas. Un conjunto diverso de experimentos apoyados por simulaciones pudieron racionalizar el efecto de las fuerzas electrostáticas específicas ejercidas por los bloques de construcción moleculares sobre los portadores de carga. El estudio fue publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza .

En dispositivos electrónicos basados ​​en semiconductores orgánicos como células solares, la luz emite diodos, fotodetectores o transistores, Las excitaciones electrónicas y los niveles de transporte de carga son conceptos importantes para describir sus principios de funcionamiento y rendimiento. La energética correspondiente, sin embargo, son más difíciles de acceder y sintonizar que en los semiconductores inorgánicos convencionales como los chips de silicio, que se erige como un desafío general. Esto se aplica tanto a la medición como a la influencia controlada desde el exterior.

Una perilla de sintonización explota las interacciones de Coulomb de largo alcance, que se mejora en materiales orgánicos. En el presente estudio, Se explora la dependencia de las energías de los niveles de transporte de carga y de los estados excitónicos en la composición de la mezcla y la orientación molecular en el material orgánico. Los excitones son pares unidos de un electrón y un agujero que se forman en el material semiconductor por absorción de luz. Los científicos se refieren a la composición de la mezcla cuando los componentes consisten en diferentes materiales semiconductores orgánicos. Los hallazgos demuestran que la energía en las películas orgánicas se puede ajustar ajustando un solo parámetro molecular, a saber, el momento del cuadrupolo molecular en la dirección de apilamiento pi de las moléculas. Un cuadrupolo eléctrico puede constar de dos cargas positivas y dos negativas igualmente fuertes que forman dos dipolos opuestamente iguales. En el caso más simple, las cuatro cargas están dispuestas alternativamente en las esquinas de un cuadrado.

Los autores vinculan además los parámetros del dispositivo de las células solares orgánicas, como el fotovoltaje o la fotocorriente, con este momento cuadrupolo. Los resultados ayudan a explicar los avances recientes en la eficiencia de los dispositivos en células solares orgánicas, que se basan en una nueva clase de materiales orgánicos. Como el efecto electrostático observado es una propiedad general de los materiales orgánicos, incluyendo las llamadas "moléculas pequeñas" y polímeros, puede ayudar a mejorar el rendimiento de todo tipo de dispositivos orgánicos.