Physiciens du Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) et du Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) de la TU Dresden, avec des chercheurs de Tübingen, Potsdam et Mayence ont pu démontrer comment les énergies électroniques dans les films semi-conducteurs organiques peuvent être réglées par des forces électrostatiques. Un ensemble diversifié d'expériences soutenues par des simulations a permis de rationaliser l'effet des forces électrostatiques spécifiques exercées par les blocs de construction moléculaires sur les porteurs de charge. L'étude a été publiée récemment dans Communication Nature .

Dans les appareils électroniques à base de semi-conducteurs organiques tels que les cellules solaires, diodes électroluminescentes, photodétecteurs ou transistors, les excitations électroniques et les niveaux de transport de charges sont des concepts importants pour décrire leurs principes de fonctionnement et leurs performances. L'énergétique correspondante, cependant, sont plus difficiles d'accès et de réglage que dans les semi-conducteurs inorganiques classiques comme les puces de silicium, qui se présente comme un défi général. Ceci s'applique à la fois à la mesure et à l'influence contrôlée de l'extérieur.

Un bouton de réglage exploite les interactions Coulomb à longue portée, qui est renforcée en matières organiques. Dans la présente étude, la dépendance des énergies des niveaux de transport de charge et des états excitoniques sur la composition du mélange et l'orientation moléculaire dans le matériau organique est explorée. Les excitons sont des paires liées d'un électron et d'un trou qui se forment dans le matériau semi-conducteur par absorption de lumière. Les scientifiques se réfèrent à la composition du mélange lorsque les composants sont constitués de différents matériaux semi-conducteurs organiques. Les résultats démontrent que l'énergétique des films organiques peut être ajustée en ajustant un seul paramètre moléculaire, à savoir le moment quadripolaire moléculaire dans la direction d'empilement pi des molécules. Un quadripôle électrique peut être constitué de deux charges positives et de deux charges négatives également fortes qui forment deux dipôles opposés égaux. Dans le cas le plus simple, les quatre charges sont disposées alternativement aux angles d'un carré.

Les auteurs relient en outre les paramètres de dispositif des cellules solaires organiques tels que la tension ou le courant photoélectrique à ce moment quadripolaire. Les résultats aident à expliquer les percées récentes de l'efficacité des dispositifs dans les cellules solaires organiques, qui sont basés sur une nouvelle classe de matériaux organiques. Comme l'effet électrostatique observé est une propriété générale des matériaux organiques, y compris les "petites molécules" et les polymères, il peut aider à améliorer les performances de tous les types d'appareils organiques.