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Miércoles, 16 septiembre 2015
Ciencia de los Materiales

Gran mejora de la conductividad eléctrica en semiconductores orgánicos

Pantallas de televisión enrollables. Tejas que actúan también como paneles solares. Cargadores de teléfonos móviles alimentados por energía solar y entretejidos con la tela de las mochilas. Una nueva generación de semiconductores orgánicos podría permitir que se fabrique a bajo coste este tipo de electrónica flexible. Pero la ciencia básica sobre cómo hacer que los electrones se muevan rápida y fácilmente en estos materiales orgánicos ha venido careciendo de conocimientos claros al respecto.

 

La situación puede comenzar a mejorar de manera definitiva gracias al camino abierto por una investigación que ha realizado el equipo de la física Madalina Furis en la Universidad de Vermont, Estados Unidos.

 

Furis y sus colaboradores han inventado una nueva forma de crear lo que ellos llaman “una superautopista de electrones” en uno de estos nuevos materiales, un tinte azul de bajo coste denominado ftalocianina. La innovación se perfila como un modo idóneo de lograr que los electrones fluyan más rápido y más lejos en los semiconductores orgánicos, y puede ser de gran ayuda en la materialización de alternativas fiables a la electrónica tradicional basada en el silicio.

 

Muchos de estos tipos de aparatos electrónicos flexibles dependerán de películas delgadas de materiales orgánicos para capturar la luz solar y convertirla en corriente eléctrica usando estados excitados en el material llamados “excitones”.

 

Los excitones son semejantes a partículas, y constan de un electrón y un "hueco" de electrón (una carga positiva atribuida a la ausencia de un electrón). Pueden generar un fotovoltaje cuando alcanzan el límite o unión entre dos semiconductores, donde los electrones se mueven a un lado y los huecos se desplazan al otro lado.

 

Incrementar la distancia a la que estos excitones pueden difundirse antes de alcanzar dicha frontera entre semiconductores es esencial para mejorar la eficiencia de los semiconductores orgánicos.

 

[Img #30645]

 

Usando una nueva técnica de captación de imágenes, el equipo de la Universidad de Vermont pudo observar los defectos y límites a escala nanométrica en los granos de cristal en las películas delgadas de ftalocianina, los cuales actúan como obstáculos en la autopista para los electrones. Descubrieron, por así decirlo, colinas que los electrones tienen que superar y baches que necesitan evitar.

 

La nueva técnica proporcionó a estos científicos una comprensión más profunda de cómo la disposición de las moléculas y los límites en los cristales influyen en el movimiento de los excitones.

 

Y después, con este conocimiento más amplio, el equipo de Furis vio cómo esta barrera puede ser eliminada del todo. El truco: controlar con mucho cuidado cómo son depositadas las películas delgadas. Usando una técnica novedosa, el equipo logró formar películas con las características idóneas para permitir que los excitones se movieran más lejos y más rápido.

 

Aunque el estudio se centró en solo un material orgánico, la ftalocianina, la nueva investigación ha mostrado una vía idónea para explorar muchos otros tipos de materiales orgánicos, siendo especialmente prometedora para conseguir células solares mejoradas.

 

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