Moléculas ordenadas para ser más eficientes

Los semiconductores orgánicos constituyen una familia de nuevos materiales que pueden contribuir al desarrollo de dispositivos de gran interés para la industria electrónica, dado que presentan el valor añadido de conferir a los productos fabricados con ellos propiedades técnicas muy atractivas, como son la ligereza y la flexibilidad, facilitando su portabilidad, su plegamiento o su adaptación a formas curvas. A día de hoy, el esfuerzo investigador para conseguir integrar componentes de naturaleza orgánica en dispositivos electrónicos ha permitido incluso alcanzar una fase de desarrollo comercial. Es el caso, por ejemplo, de las pantallas extraplanas flexibles, que emplean la tecnología OLED (de sus siglas en inglés Organic Light Emitting Diode) y que ya se puede encontrar en televisores, monitores o teléfonos móviles.

No en vano, existen otros productos como células solares, fotodetectores o transistores, por citar algunos ejemplos, en los que todavía queda mucho por avanzar y donde la aplicación de semiconductores orgánicos podría facilitar un paso adelante en su desarrollo tecnológico.

Para que esto sea posible, «resulta necesario seguir avanzando en el conocimiento de los semiconductores orgánicos, sus propiedades y modo de funcionamiento, con la finalidad de mejorar las prestaciones de estos novedosos materiales», así lo aclara David Curiel Casado, investigador principal del grupo 'Materiales moleculares multifuncionales: síntesis, estudio y computación' de la Universidad de Murcia.

Su equipo cuenta con el apoyo de la Fundación Séneca- Agencia Regional de Ciencia y Tecnología, para el desarrollo de 'Materiales moleculares orgánicos con aplicación en energía solar fotovoltaica', en el marco del programa de 'Generación de Conocimiento Científico de Excelencia', articulado en la convocatoria de «Ayudas a la Realización de Proyectos para el Desarrollo de Investigación Científica y Técnica por Grupos Competitivos 2018.

Destaca que «uno de los aspectos a mejorar en los semiconductores orgánicos radica en su aptitud para el transporte de carga eléctrica, aunque esta propiedad se ve afectada por su condición de sólidos moleculares, lo que los convierte en materiales desordenados, algo que desfavorece la conducción de una corriente eléctrica, lo cual forma parte fundamental de cualquier aplicación electrónica».

Por este motivo, el principal objetivo del proyecto en el que trabajan consiste en la síntesis de semiconductores orgánicos cuyo diseño estructural permita, en cierto modo, controlar el ordenamiento en estado sólido para, a su vez, investigar su repercusión sobre el transporte de carga eléctrica. «En última instancia, esto nos permitirá examinar el comportamiento de los nuevos materiales sintetizados al integrarlos como capas interfaciales en células solares de perovskita», dice.

Aprovechando el impulso de la Fundación Séneca, los investigadores pretenden diseñar moléculas que puedan 'autoordenarse' en estado sólido. Hasta la fecha, se trata de una estrategia que no ha sido explorada en profundidad para el desarrollo de materiales semiconductores, motivo por el cual consideran que sería interesante investigar si esta aproximación al problema del desorden en los semiconductores orgánicos podría aportar resultados que fueran útiles para el progreso de esta tecnología.

Curiel explica que «el desorden de los materiales moleculares –al ser procesados en forma de películas delgadas, como sucede para los semiconductores orgánicos– se debe a las débiles interacciones intermoleculares que tienen lugar en el seno del material. Por ello, pensamos que un diseño que permita integrar en la estructura de la molécula centros de interacción de mayor energía podría favorecer el ordenamiento del material». En este sentido, el equipo de la UMU recurre a las interacciones mediante enlaces de hidrógeno, por ser estas especialmente fuertes y admitir cierta direccionalidad. De este modo, se podría controlar la disposición de las moléculas mediante procesos de autoensamblaje, haciendo que estas se ordenasen de forma espontánea gracias a las interacciones mediante enlaces de hidrógeno que, a su vez, condicionarían otro tipo de interacción más débil, pero muy útil para el transporte de carga, conocida como el apilamiento π.

El proyecto se encuentra en su último año de desarrollo, aunque esto no significa que los objetivos planteados finalicen cuando este expire, ya que, como indica el responsable del mismo, «la investigación llevada a cabo ha dado lugar a nuevos retos que pretendemos seguir explorando en un futuro».

Por ahora, su trabajo ha permitido demostrar que, mediante un adecuado diseño molecular, resulta posible controlar, en cierta medida, el ordenamiento de los materiales semiconductores a través procesos de autoensamblaje dirigidos mediante interacciones por enlaces de hidrógeno. También incide David Curiel en que gracias a la estrategia de diseño que han seguido, han podido probar una mejoría en la robustez de los materiales semiconductores orgánicos autoensamblados. «Esta cualidad es particularmente atractiva, ya que, además, al emplear nuestros materiales en la fabricación de dispositivos electrónicos, tales como transistores o células solares, dichos dispositivos han mejorado ostensiblemente su durabilidad, siendo este otro de los aspectos de primordial importancia para el correcto desarrollo de la Electrónica Orgánica».

La investigación llevada a cabo por el equipo de la Universidad de Murcia se desarrolla en un entorno muy interdisciplinar que comprende diversas áreas de conocimiento como la Química Orgánica, Química-Física, Ciencia de los Materiales, Física o Ingeniería Electrónica, entre otras. Se trata de una investigación que se sitúa en la frontera de varias disciplinas, una particularidad que la hace «tremendamente interesante para la generación de conocimiento, al recibir aportaciones desde muy diversos puntos de vista», en palabras de David Curiel. Motivo por el cual colaboran con instituciones nacionales e internacionales, y en el caso de este proyecto han resultado particularmente útiles las colaboraciones con la Universidad Politécnica de Eindhoven, la Universidad de Valencia y el Instituto de Ciencia de los Materiales de Madrid.

Además de la financiación recibida de la Fundación Séneca, el grupo de investigación también ha dispuesto de financiación procedente del Ministerio de Ciencia e Innovación y su convenio con el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).

Temas

• UMU