Beregning af den bedste fremstillingsstrategi for organiske elektroniske komponenter

Halvledere lavet af organiske materialer, f.eks. til lysdioder (OLED'er) og solceller, kunne erstatte eller supplere siliciumbaseret elektronik i fremtiden. Effektiviteten af ​​sådanne enheder afhænger i høj grad af kvaliteten af ​​tynde lag af sådanne organiske halvledere. Disse lag skabes ved at belægge eller trykke "blæk", der indeholder materialet. Forskere ved Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) har udviklet en computermodel, der forudsiger kvaliteten af ​​sådanne lag som en funktion af procesbetingelser, såsom blækkets tørretid eller speedcoatingen. Denne model har til formål at accelerere de tidskrævende tilgange til proces- og produktoptimering.

Organiske halvledere bruges i dag til forskellige elektroniske komponenter, bl. såsom lysemitterende dioder, solceller og transistorer. Hvor nogle af disse applikationer allerede er udbredt (især OLED'er), andre kræver stadig væsentlige forbedringer, før de kan introduceres på markedet. Sådanne komponenter er afhængige af transport af elektroner gennem den organiske halvleder. I tilfælde af OLED'er, for eksempel, elektroner forsynes med energi af en elektrisk spænding, som de så kan udsende igen i form af lys. Imidlertid, hvis kvaliteten af ​​det organiske lag er dårlig, meget af energien returneres til materialet uden at udsende lys.

En attraktiv måde at fremstille de halvledende lag på, er via trykning eller coating af en blæk indeholdende den organiske halvleder i et opløsningsmiddel. Under fordampning af opløsningsmidlet danner halvlederen krystaller. Størrelsen og formen af ​​disse krystaller bestemmer udseendet og kvaliteten af ​​det funktionelle lag. "Den optimale krystalstørrelse og form er stærkt anvendelsesafhængige, " siger Dr. Jasper J. Michels, hovedforfatter af undersøgelsen og gruppeleder i prof. Paul Bloms afdeling på MPI-P. Et stort problem er, at det hidtil ikke har været muligt at forudsige, hvordan krystallisationen afhænger af farvens egenskaber og belægningsprocessen. Derfor, at finde den fabrikationsstrategi, der giver den bedst mulige produktydelse, er typisk tidskrævende, sløset og dyrt. "Ikke i stand til at forudsige egnetheden af ​​de coatede lag forhindrer fremstillingen i laboratorieskala til industriel produktion og hæmmer vidt udbredte nye applikationer til organisk elektronik, " forklarer Michels.

Et team af forskere ledet af Michels har nu udviklet en computermodel, der er i stand til at lave sådanne forudsigelser. Beregningerne efterligner den faktiske belægning og krystallisation, som det sker i realtid. Ved at øge belægningshastigheden i deres computersimuleringer, forfatterne demonstrerede, hvordan formen af ​​krystallerne udviser en overgang fra bånd, via aflange ellipsoider til små polygoner. Simuleringerne afslørede, at om disse formovergange er pludselige eller gradvise afhænger stærkt af, hvor hurtigt opløsningsmidlet fordamper. "Hvis vi nu ved, hvilken rolle krystal-krystal-grænseflader spiller under operationen, vores nye model kan forudberegne materiale- og procesindstillingerne for at nå et optimalt kompromis mellem, for eksempel, produktionshastighed og filmkvalitet, Michels forklarer. "Vi håber derfor, at vores arbejde er et vigtigt skridt i retning af på sigt at gøre nye produkter tilgængelige baseret på organiske halvledere." Undersøgelsen er blevet publiceret i det anerkendte tidsskrift Naturmaterialer .