Científicos rusos de la Universidad Nacional de Investigaciones Nucleares (MEPhI) han desarrollado un método único para crear diseños virtuales de diodos orgánicos

Según los autores del estudio, esta tecnología, basada en la química cuántica, reducirá varias veces el tiempo que se necesita para crear y comercializar nuevos dispositivos OLED, como pantallas de alta calidad y fuentes de luz. Los resultados se publicaron en The Journal of Physical Chemistry A.

Los diodos orgánicos de emisión de luz (OLED) es un ámbito prometedor de la nanoelectrónica de semiconductores que permite producir unas fuentes de luz compactas, baratas y altamente eficaces, así como píxeles de pantallas. 

Según los investigadores de MEPhI, el método para seleccionar moléculas-emisoras se basa en cálculos cuánticos y químicos. El método acelerará varias veces y facilitará la creación de diferentes dispositivos OLED de tercera generación, ya que este trabajo se realizará mediante simulaciones por computadora.

"Revisamos los principios del diseño molecular de los emisores, analizando la molécula de 2CzPN que bate todos los récords de eficiencia. Al estudiar los procesos multidireccionales, característicos de esta molécula y otros semiconductores orgánicos, determinamos las propiedades claves de su estructura que contribuyen a la luminiscencia eficaz», explicó la profesora asistente del Departamento de Física de la Materia Condensada del Instituto de Nanotecnología en Electrónica, Espintrónica y Fotónica de MEPhI, doctoranda en ciencias químicas, Alexandra Freidzon.

La emisión de luz en OLED se produce gracias al fenómeno de recombinación, es decir, la colisión de portadores de cargas opuestas: electrones y los llamados huecos, que son moléculas o átomos desprovistos de un electrón.

La eficacia cuántica de la primera generación de OLED no excedía el 25%, mientras que en los dispositivos de la tercera generación que los científicos están desarrollando ahora se puede utilizar el 100% de los pares de electrones y huecos. Esto fue posible gracias a uno de los procesos intramoleculares, la fluorescencia retardada activada térmicamente (TADF).

Anteriormente, se consideraba  que un emisor TADF estaba compuesto por dos partes. La interacción entre las mismas debe ser mínima. Sin embargo, los colaboradores de MEPhI han descubierto toda una serie de propiedades que debe tener el material para que su emisión pueda competir eficazmente con los procesos no radiantes.

"Sólo nosotros conseguimos utilizar el método cuántico y químico que asegura una alta precisión en la posición de los niveles energéticos de la molécula. Esto es crucial para la teoría TADF, ya que el margen de error en la posición de los niveles marca una gran diferencia en la situación. Además, logramos unir todos los procesos que conducen a la TADF y compiten con ella, y evaluar sus velocidades dentro de un sólo modelo, sin aproximaciones adicionales", precisó Alexandra Freidzon.

Los expertos de MEPhI explicaron que la detección computarizada de materiales con criterios de selección claros ayudará a reducir drásticamente la cantidad de trabajo experimental y a acelerar la creación y la comercialización de nuevos emisores OLED eficientes de la tercera generación.

El método cuántico y químico utilizado requiere cálculos complejos, pero, según los autores del estudio, los datos obtenidos también permitirán calibrar y mejorar la calidad de otros métodos más sencillos y baratos que se utilizan para estudiar los semiconductores orgánicos.

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