Autostrade molecolari: una svolta nella luce organica

A cura del Max Planck Institute for Polymer Research, 4 agosto 2023

A causa della particolare struttura chimica, le molecole si dispongono in una sorta di spirale. Il risultato: il nucleo conduttore di elettroni è schermato, il che porta ad una maggiore efficienza del diodo organico a emissione di luce. Credito: MPI-P

Il nuovo concetto di materiale elimina gli effetti indesiderati delle impurità nei diodi organici a emissione di luce.

I ricercatori del Max Planck Institute hanno creato una nuova struttura molecolare che migliora l’efficienza degli OLED blu. La loro svolta può semplificare il processo di progettazione e produzione di questi OLED.

I diodi organici a emissione di luce (OLED) sono diventati una caratteristica comune in molti dispositivi moderni, dai televisori agli smartphone. Per visualizzare un'immagine, gli OLED devono proiettare la luce nei tre colori primari: rosso, verde e blu. In particolare, la produzione di diodi emettitori di luce per la luce blu è particolarmente impegnativa a causa delle sue proprietà fisiche ad alta energia, che complicano lo sviluppo di materiali idonei.

Un fattore significativo nella prestazione di questi materiali è la presenza di piccole quantità di impurità impossibili da rimuovere completamente. Tali impurità, come le molecole di ossigeno, impediscono il movimento degli elettroni all'interno del diodo, interferendo con il processo di generazione della luce. Quando un elettrone viene intrappolato da queste impurità, la sua energia viene convertita in calore anziché in luce. Questo fenomeno, noto come “charge trapping”, colpisce soprattutto gli OLED blu, portando ad una sostanziale riduzione della loro efficienza.

Un team guidato da Paul Blom, direttore del Max Planck Institute for Polymer Research, ha recentemente affrontato il problema dell’intrappolamento della carica utilizzando una nuova classe di molecole. Queste molecole sono composte da due parti chimiche: una parte facilita la conduzione degli elettroni, mentre l'altra parte non è sensibile alle impurità. Attraverso la manipolazione della struttura chimica della molecola si ottiene una speciale disposizione spaziale: quando più molecole vengono unite, formano una sorta di “spirale” – ciò significa che la parte conduttrice di elettroni delle molecole forma la parte interna, che è schermata l'esterno dall'altra parte delle molecole. Questo assomiglia, in modo molecolare, ad un cavo coassiale con un nucleo interno che conduce gli elettroni e una parte esterna che scherma il nucleo.

Il rivestimento forma quindi una sorta di “strato protettivo” per il nucleo conduttore di elettroni, proteggendolo dall’intrusione di molecole di ossigeno. Pertanto, gli elettroni possono muoversi velocemente e liberamente lungo l'asse centrale della spirale senza essere intrappolati da ostacoli, simili alle automobili su un'autostrada senza incroci, semafori o altri ostacoli.

“Una delle peculiarità del nostro nuovo materiale è che l’assenza di perdite dovute a impurità e il conseguente efficiente trasporto di elettroni possono semplificare notevolmente la progettazione degli OLED blu, pur mantenendo un’elevata efficienza”, afferma Paul Blom.

Con questo approccio innovativo, i ricercatori sperano di semplificare in modo significativo la produzione di diodi emettitori di luce blu. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Materials, segnando un passo importante verso il progresso della tecnologia OLED.

Riferimento: "Elimination of charge-carrier intrappolamento mediante progettazione molecolare" di 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 e Paul WM Blom, 29 giugno 2023, Nature Materials