Halfgeleiders gemaakt van organische materialen, bijv. voor light-emitting diodes (OLED's) en zonnecellen, zou in de toekomst op silicium gebaseerde elektronica kunnen vervangen of aanvullen. De efficiëntie van dergelijke apparaten hangt in grote mate af van de kwaliteit van dunne lagen van dergelijke organische halfgeleiders. Deze lagen worden gemaakt door "inkten" te coaten of te printen die het materiaal bevatten. Onderzoekers van het Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) hebben een computermodel ontwikkeld dat de kwaliteit van dergelijke lagen voorspelt als een functie van verwerkingsomstandigheden, zoals de droogtijd van de inkt of de speedcoating. Dit model heeft tot doel de tijdrovende benaderingen voor proces- en productoptimalisatie te versnellen.

Organische halfgeleiders worden tegenwoordig gebruikt voor verschillende elektronische componenten, zoals light-emitting diodes, zonnecellen en transistoren. Waar sommige van deze toepassingen al op grote schaal worden gebruikt (met name OLED's), andere moeten nog flink worden verbeterd voordat ze op de markt kunnen worden gebracht. Dergelijke componenten zijn afhankelijk van het transport van elektronen door de organische halfgeleider. In het geval van OLED's, bijvoorbeeld, elektronen worden van energie voorzien door een elektrische spanning, die ze dan weer in de vorm van licht kunnen uitstralen. Echter, als de kwaliteit van de organische laag slecht is, veel van de energie wordt teruggegeven aan het materiaal zonder licht uit te stralen.

Een aantrekkelijke manier om de halfgeleidende lagen te vervaardigen, is via het bedrukken of coaten van een inkt die de organische halfgeleider bevat in een oplosmiddel. Tijdens verdamping van het oplosmiddel vormt de halfgeleider kristallen. De grootte en vorm van deze kristallen bepalen het uiterlijk en de kwaliteit van de functionele laag. "De optimale kristalgrootte en -vorm zijn sterk toepassingsafhankelijk, " zegt Dr. Jasper J. Michels, hoofdauteur van de studie en groepsleider in de afdeling van prof.dr. Paul Blom bij het MPI-P. Een groot probleem is dat het tot nu toe niet mogelijk is geweest te voorspellen hoe de kristallisatie afhangt van de eigenschappen van de inkt en het coatingproces. Vandaar, het vinden van de fabricagestrategie die de best mogelijke productprestaties levert, is doorgaans tijdrovend, verspillend en duur. "Het niet kunnen voorspellen van de geschiktheid van de gecoate lagen verhindert de vertaling van productie op laboratoriumschaal naar industriële productie en belemmert wijdverbreide nieuwe toepassingen voor organische elektronica, ’ legt Michel uit.

Een team van wetenschappers onder leiding van Michels heeft nu een computermodel ontwikkeld dat dergelijke voorspellingen kan doen. De berekeningen bootsen de daadwerkelijke coating en kristallisatie na, zoals het in realtime gebeurt. Door de coatingsnelheid in hun computersimulaties te verhogen, de auteurs toonden aan hoe de vorm van de kristallen een overgang vertoont van linten, via langwerpige ellipsoïden naar kleine veelhoeken. Uit de simulaties bleek dat of deze vormovergangen plotseling of geleidelijk zijn, sterk afhangt van hoe snel het oplosmiddel verdampt. "Als we nu weten welke rol kristal-kristalinterfaces spelen tijdens de operatie, ons nieuwe model kan de materiaal- en procesinstellingen vooraf berekenen om een ​​optimaal compromis te bereiken tussen, bijvoorbeeld, productiesnelheid en filmkwaliteit, Michels legt uit. "We hopen dan ook dat ons werk een belangrijke stap is om uiteindelijk nieuwe producten op basis van organische halfgeleiders beschikbaar te maken." Het onderzoek is gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Natuurmaterialen .