Il doppio drogaggio potrebbe migliorare l'efficienza di raccolta della luce delle celle solari organiche flessibili (a sinistra), la velocità di commutazione della carta elettronica (al centro) e la densità di potenza dei tessuti piezoelettrici (a destra). (La cella solare è stata fornita da Epishine AB.) Credito:Johan Bodell/Chalmers University of Technology
Ricercatori della Chalmers University of Technology, Svezia, hanno scoperto un nuovo semplice tweak che potrebbe raddoppiare l'efficienza dell'elettronica organica. display OLED, celle solari a base di plastica e bioelettronica sono solo alcune delle tecnologie che potrebbero trarre vantaggio dalla loro nuova scoperta, che si occupa di polimeri "doppia droga".
La maggior parte dell'elettronica si basa su semiconduttori inorganici come il silicio. Fondamentale per la loro funzione è un processo chiamato doping, che comporta la tessitura di impurità nel semiconduttore per migliorare la sua conduttività elettrica. Ciò consente il funzionamento di vari componenti delle celle solari e degli schermi LED.
Per il biologico, cioè a base di carbonio:semiconduttori, anche questo processo di doping è molto importante. Dalla scoperta delle plastiche e dei polimeri conduttori di elettricità, un campo per il quale è stato assegnato il Premio Nobel nel 2000, la ricerca e lo sviluppo dell'elettronica organica hanno accelerato rapidamente. I display OLED sono un esempio già sul mercato, Per esempio, negli smartphone di ultima generazione. Altre applicazioni non sono state ancora pienamente realizzate, dovuto in parte al fatto che i semiconduttori organici non sono ancora abbastanza efficienti.
Il drogaggio nei semiconduttori organici opera attraverso la cosiddetta reazione redox. Ciò significa che una molecola drogante riceve un elettrone dal semiconduttore, aumentare la conducibilità elettrica del semiconduttore. Più molecole droganti con cui il semiconduttore può reagire, maggiore è la conduttività, almeno fino a un certo limite, dopodiché la conducibilità diminuisce. Attualmente, il limite di efficienza dei semiconduttori organici drogati è stato determinato dal fatto che le molecole droganti potevano scambiare solo un elettrone ciascuna.
Ma ora, in un articolo sulla rivista scientifica Materiali della natura , il gruppo di Christian Müller, professore di Scienza dei polimeri presso la Chalmers University of Technology, insieme ai colleghi di altre sette università, dimostra che è possibile spostare due elettroni per ogni molecola drogante.
Il doppio drogaggio potrebbe migliorare l'efficienza di raccolta della luce delle celle solari organiche flessibili. (La cella solare è stata fornita da Epishine AB.) Credito:Johan Bodell/Chalmers University of Technology
"Attraverso questo doppio processo di doping, il semiconduttore può quindi diventare due volte più efficace, "dice David Kiefer, dottorato di ricerca studente del gruppo e primo autore dell'articolo.
Secondo Christian Müller, questa innovazione non è costruita su qualche grande risultato tecnico. Anziché, si tratta semplicemente di vedere ciò che gli altri non hanno visto. "L'intero campo di ricerca è stato totalmente focalizzato sullo studio di materiali che consentono solo una reazione redox per molecola. Abbiamo scelto di guardare un diverso tipo di polimero con energia di ionizzazione inferiore. Abbiamo visto che questo materiale ha permesso il trasferimento di due elettroni al drogante molecola. In realtà è molto semplice, "dice Muller, Professore di Scienza dei polimeri presso la Chalmers University of Technology.
La scoperta potrebbe consentire ulteriori miglioramenti a tecnologie che oggi non sono abbastanza competitive per arrivare sul mercato. Un problema è che i polimeri semplicemente non conducono la corrente abbastanza bene, quindi rendere più efficaci le tecniche di doping è stato a lungo un obiettivo per ottenere una migliore elettronica basata sui polimeri. Ora, questo raddoppio della conducibilità dei polimeri, utilizzando solo la stessa quantità di materiale drogante sulla stessa superficie di prima, potrebbe rappresentare il punto di svolta necessario per commercializzare diverse tecnologie emergenti.
"Con i display OLED, lo sviluppo è arrivato abbastanza lontano da essere già sul mercato. Ma affinché altre tecnologie abbiano successo e arrivino sul mercato, ci vuole qualcosa in più. Con celle solari organiche, Per esempio, o circuiti elettronici costruiti con materiale organico, abbiamo bisogno della capacità di drogare determinati componenti nella stessa misura dell'elettronica a base di silicio. Il nostro approccio è un passo nella giusta direzione, "dice Muller.
La scoperta offre conoscenze fondamentali e potrebbe aiutare migliaia di ricercatori a ottenere progressi nell'elettronica flessibile, bioelettronica e termoelettrica. Il gruppo di ricerca di Christian Müller sta studiando diverse aree applicative basate sulla tecnologia dei polimeri. Tra l'altro, il suo gruppo sta studiando lo sviluppo di tessuti elettricamente conduttivi e di celle solari organiche.
