Carreteras moleculares: un gran avance en la luz orgánica

Por el Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros 4 de agosto de 2023

Debido a su estructura química especial, las moléculas se disponen en una especie de espiral. El resultado: el núcleo conductor de electrones está apantallado, lo que conduce a una mayor eficiencia del diodo emisor de luz orgánico. Crédito: MPI-P

El nuevo concepto de material elimina los efectos no deseados de las impurezas en los diodos emisores de luz orgánicos.

Investigadores del Instituto Max Planck han creado una nueva estructura molecular que mejora la eficiencia de los OLED azules. Su avance puede simplificar el proceso de diseño y producción de estos OLED.

Los diodos orgánicos emisores de luz (OLED) se han convertido en una característica común en muchos dispositivos modernos, desde televisores hasta teléfonos inteligentes. Para mostrar una imagen, los OLED necesitan proyectar luz en los tres colores primarios: rojo, verde y azul. En particular, la fabricación de diodos emisores de luz para luz azul es particularmente desafiante debido a sus propiedades físicas de alta energía, que complican el desarrollo de materiales adecuados.

Un factor importante en el rendimiento de estos materiales es la presencia de pequeñas cantidades de impurezas que son imposibles de eliminar por completo. Estas impurezas, como las moléculas de oxígeno, impiden el movimiento de los electrones dentro del diodo, interfiriendo con el proceso de generación de luz. Cuando un electrón queda atrapado por estas impurezas, su energía se convierte en calor en lugar de luz. Este fenómeno, conocido como “captura de carga”, afecta principalmente a los OLED azules, lo que provoca una reducción sustancial de su eficiencia.

Un equipo dirigido por Paul Blom, director del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros, abordó recientemente la cuestión de la captura de carga mediante el uso de una nueva clase de moléculas. Estas moléculas constan de dos partes químicas: una parte facilita la conducción de electrones, mientras que la otra parte no es sensible a las impurezas. Al manipular la estructura química de la molécula se consigue una disposición espacial especial: cuando se unen varias moléculas, forman una especie de "espiral", es decir, la parte conductora de electrones de las moléculas forma la parte interior, que está protegida por el exterior por la otra parte de las moléculas. Esto se asemeja, desde el punto de vista molecular, a un cable coaxial con un núcleo interior conductor de electrones y una parte exterior que protege el núcleo.

El revestimiento forma así una especie de “capa protectora” para el núcleo conductor de electrones, protegiéndolo de la intrusión de moléculas de oxígeno. Así, los electrones pueden moverse rápida y libremente a lo largo del eje central de la espiral sin quedar atrapados por obstáculos, similar a los coches en una carretera sin cruces, semáforos u otros obstáculos.

"Una de las particularidades de nuestro nuevo material es que la ausencia de pérdidas debidas a impurezas y el consiguiente transporte eficiente de electrones pueden simplificar enormemente el diseño de los OLED azules, manteniendo al mismo tiempo una alta eficiencia", afirma Paul Blom.

Con este enfoque innovador, los investigadores esperan simplificar significativamente la producción de diodos emisores de luz azul. Sus resultados se publicaron en la revista Nature Materials, lo que marca un paso importante hacia el avance de la tecnología OLED.

Referencia: “Eliminación del atrapamiento de portadores de carga mediante diseño molecular” por Oskar Sachnik, Xiao Tan, Dehai Dou, Constantin Haese, Naomi Kinaret, Kun-Han Lin, Denis Andrienko, Martin Baumgarten, Robert Graf, Gert-Jan AH Wetzelaer, Jasper J. Michels y Paul WM Blom, 29 de junio de 2023, Nature Materials