ENGINEERINGNET -- Een studie van een onderzoeksteam van de Nederlandse Rijksuniversiteit Groningen en het Amerikaanse Georgia Tech, brengt plastic elektronica opnieuw een stapje dichterbij.
Plastic elektronica, zoals plastic LEDs en dito zonnecellen, zouden een goedkopere massaproductie mogelijk maken. Maar plastic halfgeleiders hebben een groot nadeel: het materiaal bevat verontreinigingen die de stroom beïnvloeden doordat ze ladingen wegvangen.
Er is weinig bekend over de precieze aard van deze ladingsvallen, die het rendement van plastic LEDs en zonnecellen vermindert.
De studie van de Rijksuniversiteit Groningen en Georgia Tech zien dat er een gemeenschappelijk mechanisme bestaat waardoor deze vallen ontstaan. Bovendien is er een theoretisch model opgesteld dat laat zien hoe plastic halfgeleiders zonder ladingsvallen ontworpen kunnen worden.
“Om het raadsel op te lossen hebben we de eigenschappen van ladingsvallen in negen verschillende polymeren onderzocht,” zegt Ir. Herman Nicolai. Uit die vergelijking bleek dat de vallen in alle materialen een zelfde energieniveau hebben.
“Theoretische berekeningen laten zien dat dit energieniveau goed overeenkomt met dat van een water-zuurstof complex. Zulke complexen zouden tijdens de productie van het halfgeleidermateriaal kunnen ontstaan, zelfs wanneer dat gebeurt onder een beschermende atmosfeer.”
Nicolai maakte de halfgeleiderschakelingen zelf in een stikstofatmosfeer. Maar zelfs dat kan niet voorkomen dat je een verontreiniging met minimale hoeveelheden van het water-zuurstof complex krijgt.
Omdat de ladingsval in alle materialen ongeveer hetzelfde energieniveau heeft, is het nu mogelijk uit te rekenen welke elektronenstroom je kunt verwachten in allerlei verschillende organische polymeren. En het geeft ook aan hoe plastic halfgeleiders zonder ladingsvallen ontworpen kunnen worden. Nicolai: “Wanneer chemici een halfgeleidend polymeer kunnen maken waarvan de energie van de ladingsval boven die van de hogere orbitaal ligt, dan kunnen elektronen er niet in vallen.”
(KV) (foto Universiteit Groningen: Herman Nicolai)
