Halvledare gjorda av organiska material, t.ex. för ljusemitterande dioder (OLED) och solceller, kan ersätta eller komplettera kiselbaserad elektronik i framtiden. Effektiviteten hos sådana anordningar beror mycket på kvaliteten på tunna skikt av sådana organiska halvledare. Dessa lager skapas genom att belägga eller trycka "bläck" som innehåller materialet. Forskare vid Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) har utvecklat en datormodell som förutsäger kvaliteten på sådana lager som en funktion av bearbetningsförhållanden, såsom torktiden för bläcket eller hastighetsbeläggningen. Denna modell syftar till att påskynda de tidskrävande metoderna för process- och produktoptimering.

Organiska halvledare används idag för olika elektroniska komponenter, såsom lysdioder, solceller och transistorer. Där vissa av dessa applikationer redan används i stor utsträckning (oleds i synnerhet), andra kräver fortfarande avsevärda förbättringar innan de kan introduceras på marknaden. Sådana komponenter är beroende av transporten av elektroner genom den organiska halvledaren. När det gäller OLED, till exempel, elektroner tillförs energi av en elektrisk spänning, som de sedan kan avge igen i form av ljus. Dock, om kvaliteten på det organiska lagret är dålig, mycket av energin återförs till materialet utan att avge ljus.

Ett attraktivt sätt att tillverka de halvledande skikten, är via tryckning eller beläggning ett bläck som innehåller den organiska halvledaren i ett lösningsmedel. Under avdunstning av lösningsmedlet bildar halvledaren kristaller. Storleken och formen på dessa kristaller bestämmer utseendet och kvaliteten på det funktionella lagret. "Den optimala kristallstorleken och formen är starkt applikationsberoende, " säger Dr Jasper J. Michels, huvudförfattare till studien och gruppledare vid Prof. Paul Bloms avdelning vid MPI-P. Ett stort problem är att det hittills inte har varit möjligt att förutsäga hur kristallisationen beror på egenskaperna hos färgen och beläggningsprocessen. Därav, att hitta tillverkningsstrategin som ger bästa möjliga produktprestanda är vanligtvis tidskrävande, slösaktigt och dyrt. "Att inte kunna förutsäga lämpligheten hos de belagda skikten förhindrar att tillverkning i laboratorieskala översätts till industriell produktion och hindrar utbredda nya tillämpningar för organisk elektronik, " förklarar Michels.

Ett team av forskare ledda av Michels har nu utvecklat en datormodell som kan göra sådana förutsägelser. Beräkningarna efterliknar den faktiska beläggningen och kristallisationen, som det händer i realtid. Genom att öka beläggningshastigheten i sina datorsimuleringar, författarna visade hur formen på kristallerna uppvisar en övergång från band, via långsträckta ellipsoider till små polygoner. Simuleringarna visade att om dessa formövergångar är plötsliga eller gradvisa beror starkt på hur snabbt lösningsmedlet avdunstar. "Om vi ​​nu vet vilken roll kristall-kristall-gränssnitt spelar under operationen, vår nya modell kan förberäkna material- och processinställningarna för att nå en optimal kompromiss mellan, till exempel, produktionshastighet och filmkvalitet, "Vi hoppas därför att vårt arbete är ett viktigt steg mot att på sikt göra nya produkter tillgängliga baserade på organiska halvledare." Studien har publicerats i den välrenommerade tidskriften. Naturmaterial .