Pantallas de TV que se enrollan. Tejas que funcionan como paneles solares. Cargadores de teléfonos móviles alimentados por el sol y tejidos en las mochilas. Una nueva generación de semiconductores orgánicos puede permitir que este tipo de electrónica flexible se fabrique a bajo costo, diceFísica de la Universidad de Vermont y científica de materiales Madalina Furis.
Pero la ciencia básica de cómo hacer que los electrones se muevan rápida y fácilmente en estos materiales orgánicos sigue siendo turbia.
Para ayudar, Furis y un equipo de científicos de materiales UVM han inventado una nueva forma de crear lo que ellos llaman "una supercarretera de electrones" en uno de estos materiales, un tinte azul de bajo costo llamado ftalocianina, que promete permitirlos electrones fluyen más rápido y más lejos en semiconductores orgánicos.
Su descubrimiento, informó el 14 de septiembre en el diario Comunicaciones de la naturaleza , ayudará en la búsqueda de alternativas a la electrónica tradicional basada en silicio.
Colinas y baches
Muchos de estos tipos de dispositivos electrónicos flexibles dependerán de películas delgadas de materiales orgánicos que captan la luz solar y convierten la luz en corriente eléctrica utilizando estados excitados en el material llamado "excitones". En términos generales, un excitón es un electrón desplazado unido entre sí.con el orificio que dejó. Aumentar la distancia que estos excitones pueden difundir, antes de que lleguen a una coyuntura donde se rompen para producir corriente eléctrica, es esencial para mejorar la eficiencia de los semiconductores orgánicos.
Utilizando una nueva técnica de imagen, el equipo de UVM pudo observar defectos y límites a nanoescala en los granos de cristal en las películas delgadas de ftalocianina - obstáculos en la carretera de electrones. "Hemos descubierto que tenemos colinas que los electrones tienen que iry baches que deben evitar ", explica Furis.
Para encontrar estos defectos, el equipo de UVM, con el apoyo de la National Science Foundation, construyó un microscopio láser de barrido, "tan grande como una mesa", dice Furis. El instrumento combina una forma especializada de luz polarizada linealmente y fotoluminiscencia parasondear ópticamente la estructura molecular de los cristales de ftalocianina.
"Unir estas dos técnicas juntas es nuevo; nunca se ha informado en ninguna parte", dice Lane Manning '08, estudiante de doctorado en el laboratorio de Furis y coautor del nuevo estudio.
La nueva técnica permite a los 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. Son estos límites los que forman una "barrera para la difusión de los excitones", escribe el equipo.
Y luego, con esta vista mejorada, "esta barrera de energía puede eliminarse por completo", escribe el equipo. El truco: controlar con mucho cuidado cómo se depositan las películas delgadas. Utilizando una novedosa técnica de "escritura con pluma" con un capilar hueco, el equipo trabajó en el laboratorio del profesor de física de materiales y física de UVM Randy Headrick para formar con éxito películas con granos de cristal de tamaño gigante y "límites angulares pequeños". Piense en esto como rampas fáciles de subir a una carretera, en lugar de una incómodaseñal de alto en la cima de una colina, que permite que los excitones se muevan lejos y rápido.
Mejores células solares
Aunque el Comunicaciones de la naturaleza el estudio se centró en un solo material orgánico, la ftalocianina, la nueva investigación también proporciona una forma poderosa de explorar muchos otros tipos de materiales orgánicos, con una promesa particular para mejorar las células solares. Un informe reciente del Departamento de Energía de los EE. UU. Identificó uno de loscuellos de botella fundamentales para mejorar las tecnologías de energía solar como "determinar los mecanismos por los cuales la energía absorbida excitón migra a través del sistema antes de dividirse en cargas que se convierten en electricidad".
El nuevo estudio de UVM, dirigido por dos de los estudiantes de Furis, Zhenwen Pan G'12 y Naveen Rawat G'15, abre una ventana para ver cuán creciente es el "orden de largo alcance" en las películas de semiconductores orgánicosmecanismo clave que permite que los excitones migren más ". Las moléculas se apilan como platos en un estante para platos", explica Furis, "estas moléculas apiladas, este estante para platos, es la supercarretera de electrones".
Aunque los excitones tienen carga neutra, y no pueden ser empujados por el voltaje como los electrones que fluyen en una bombilla, pueden, en cierto sentido, rebotar de una de estas moléculas fuertemente apiladas a la siguiente.películas para transportar energía a lo largo de esta carretera molecular con relativa facilidad, aunque no se transporta carga eléctrica neta.
"Uno de los grandes desafíos actuales es cómo hacer mejores tecnologías fotovoltaicas y solares", dice Furis, quien dirige el programa de UVM en ciencia de materiales, "y para hacer eso necesitamos una comprensión más profunda de la difusión de excitones. De eso se trata esta investigación""
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Vermont . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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