Fisici del Centro integrato di fisica applicata e materiali fotonici di Dresda (IAPP) e del Centro per l'avanzamento dell'elettronica di Dresda (cfaed) presso la TU Dresden, insieme ai ricercatori di Tubinga, Potsdam e Mainz sono stati in grado di dimostrare come le energie elettroniche nei film di semiconduttori organici possono essere regolate dalle forze elettrostatiche. Una serie diversificata di esperimenti supportati da simulazioni è stata in grado di razionalizzare l'effetto di specifiche forze elettrostatiche esercitate dai mattoni molecolari sui portatori di carica. Lo studio è stato pubblicato di recente in Comunicazioni sulla natura .

Nei dispositivi elettronici basati su semiconduttori organici come le celle solari, diodi emettitori di luce, fotorivelatori o transistor, le eccitazioni elettroniche ei livelli di trasporto di carica sono concetti importanti per descrivere i loro principi di funzionamento e prestazioni. L'energia corrispondente, però, sono più difficili da accedere e da sintonizzare rispetto ai semiconduttori inorganici convenzionali come i chip di silicio, che si pone come una sfida generale. Ciò vale sia per la misurazione che per l'influenza controllata dall'esterno.

Una manopola di sintonia sfrutta le interazioni Coulomb a lungo raggio, che si arricchisce di materiali organici. In questo studio, viene esplorata la dipendenza delle energie dei livelli di trasporto di carica e degli stati eccitonici dalla composizione della miscela e dall'orientamento molecolare nel materiale organico. Gli eccitoni sono coppie legate di un elettrone e una lacuna che si formano nel materiale semiconduttore per assorbimento della luce. Gli scienziati si riferiscono alla composizione della miscela quando i componenti sono costituiti da diversi materiali semiconduttori organici. I risultati dimostrano che l'energia nei film organici può essere regolata regolando un singolo parametro molecolare, vale a dire il momento del quadrupolo molecolare nella direzione di impilamento pi delle molecole. Un quadrupolo elettrico può essere costituito da due cariche positive e due negative ugualmente forti che formano due dipoli opposti uguali. Nel caso più semplice, le quattro cariche sono disposte alternativamente agli angoli di un quadrato.

Gli autori collegano ulteriormente i parametri del dispositivo delle celle solari organiche come la fototensione o la fotocorrente a questo momento di quadrupolo. I risultati aiutano a spiegare le recenti scoperte sull'efficienza dei dispositivi nelle celle solari organiche, che si basano su una nuova classe di materiali organici. Poiché l'effetto elettrostatico osservato è una proprietà generale dei materiali organici, comprese le cosiddette "piccole molecole" e polimeri, può aiutare a migliorare le prestazioni di tutti i tipi di dispositivi organici.