Fysiker från Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) och Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) vid TU Dresden, tillsammans med forskare från Tübingen, Potsdam och Mainz kunde demonstrera hur elektronisk energi i organiska halvledarfilmer kan stämmas av elektrostatiska krafter. En mångsidig uppsättning experiment med stöd av simuleringar kunde rationalisera effekten av specifika elektrostatiska krafter som utövas av de molekylära byggstenarna på laddningsbärare. Studien publicerades nyligen i Naturkommunikation .

I elektroniska enheter baserade på organiska halvledare som solceller, ljusemitterande dioder, fotodetektorer eller transistorer, Elektroniska magnetiseringar och laddningstransportnivåer är viktiga begrepp för att beskriva deras funktionsprinciper och prestanda. Motsvarande energi, dock, är svårare att komma åt och att ställa in än i konventionella oorganiska halvledare som kiselchips, som står som en allmän utmaning. Det gäller både för mätningen och för den kontrollerade påverkan utifrån.

En avstämningsknapp utnyttjar Coulomb-interaktionerna på lång räckvidd, som är förstärkt i organiska material. I föreliggande studie, beroendet av energierna för laddningstransportnivåer och excitoniska tillstånd på blandningssammansättning och molekylär orientering i det organiska materialet utforskas. Excitoner är bundna par av en elektron och ett hål som bildas i halvledarmaterialet genom ljusabsorption. Forskare hänvisar till blandningssammansättning när komponenterna består av olika organiska halvledande material. Fynden visar att energin i organiska filmer kan ställas in genom att justera en enda molekylär parameter, nämligen det molekylära kvadrupolmomentet i molekylernas pi-staplingsriktning. En elektrisk kvadrupol kan bestå av två positiva och två lika starka negativa laddningar som bildar två motsatt lika dipoler. I det enklaste fallet, de fyra laddningarna är växelvis anordnade i hörnen av en kvadrat.

Författarna länkar vidare enhetsparametrar för organiska solceller såsom fotospänningen eller fotoströmmen till detta fyrpolsmoment. Resultaten hjälper till att förklara de senaste genombrotten av enhetseffektivitet i organiska solceller, som är baserade på en ny klass av organiska material. Eftersom den observerade elektrostatiska effekten är en allmän egenskap hos organiska material, inklusive så kallade "små molekyler" och polymerer, det kan hjälpa till att förbättra prestandan för alla typer av organiska enheter.