Semiconduttori realizzati con materiali organici, per esempio. per diodi emettitori di luce (OLED) e celle solari, potrebbe sostituire o integrare l'elettronica a base di silicio in futuro. L'efficienza di tali dispositivi dipende in modo cruciale dalla qualità degli strati sottili di tali semiconduttori organici. Questi strati vengono creati rivestendo o stampando "inchiostri" che contengono il materiale. I ricercatori del Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) hanno sviluppato un modello al computer che prevede la qualità di tali strati in funzione delle condizioni di lavorazione, come il tempo di asciugatura dell'inchiostro o il rivestimento rapido. Questo modello mira ad accelerare gli approcci dispendiosi in termini di tempo per l'ottimizzazione dei processi e dei prodotti.

I semiconduttori organici sono oggi utilizzati per vari componenti elettronici, come diodi emettitori di luce, celle solari e transistor. Laddove alcune di queste applicazioni sono già ampiamente utilizzate (OLED in particolare), altri necessitano ancora di miglioramenti sostanziali prima di poter essere immessi sul mercato. Tali componenti si basano sul trasporto di elettroni attraverso il semiconduttore organico. Nel caso degli OLED, Per esempio, gli elettroni sono forniti di energia da una tensione elettrica, che possono poi emettere nuovamente sotto forma di luce. Però, se la qualità dello strato organico è scadente, gran parte dell'energia viene restituita al materiale senza emettere luce.

Un modo attraente di produrre gli strati semiconduttori, avviene tramite la stampa o il rivestimento di un inchiostro contenente il semiconduttore organico in un solvente. Durante l'evaporazione del solvente il semiconduttore forma dei cristalli. La dimensione e la forma di questi cristalli determinano l'aspetto e la qualità dello strato funzionale. "La dimensione e la forma ottimali del cristallo dipendono fortemente dall'applicazione, " dice il dottor Jasper J. Michels, autore principale dello studio e leader del gruppo nel dipartimento del Prof. Paul Blom presso l'MPI-P. Un grosso problema è che finora non è stato possibile prevedere come la cristallizzazione dipenda dalle proprietà dell'inchiostro e dal processo di rivestimento. Quindi, trovare la strategia di fabbricazione che offra le migliori prestazioni possibili del prodotto richiede in genere molto tempo, dispendioso e costoso. "Non essere in grado di prevedere l'idoneità degli strati rivestiti impedisce di tradurre la produzione su scala di laboratorio nella produzione industriale e ostacola nuove applicazioni su vasta scala per l'elettronica organica, " spiega Michel.

Un team di scienziati guidati da Michels ha ora sviluppato un modello al computer in grado di fare tali previsioni. I calcoli imitano il rivestimento e la cristallizzazione effettivi, come accade in tempo reale. Aumentando la velocità di rivestimento nelle loro simulazioni al computer, gli autori hanno dimostrato come la forma dei cristalli mostri una transizione da nastri, tramite ellissoidi allungati a piccoli poligoni. Le simulazioni hanno rivelato che il fatto che queste transizioni di forma siano improvvise o graduali dipende fortemente dalla velocità con cui il solvente evapora. "Se ora sappiamo quale ruolo giocano le interfacce cristallo-cristallo durante l'operazione, il nostro nuovo modello può pre-calcolare le impostazioni di materiale e processo per raggiungere un compromesso ottimale tra, ad esempio, velocità di produzione e qualità del film, "Spiega Michels. "Ci auguriamo quindi che il nostro lavoro sia un passo importante verso la messa a disposizione di nuovi prodotti basati su semiconduttori organici". Lo studio è stato pubblicato sulla rinomata rivista Materiali della natura .