Moleculair Lego

18 februari 2019, 13:20
Zowel het koolstofskelet als de functionele groepen beïnvloeden het geleidingsvermogen (afbeelding: C. Kunkel/TUM).
Zowel het koolstofskelet als de functionele groepen beïnvloeden het geleidingsvermogen (afbeelding: C. Kunkel/TUM).
De productie van ‘klassieke’ zonnecellen uit silicium vergt veel energie. Bovendien zijn de resulterende zonnecellen onbuigzaam en bros. Organische halfgeleidermaterialen zijn daarentegen flexibel en licht. Ze zouden dan ook een veelbelovend alterantief zijn als rendement en levensduur konden worden verbeterd.

Onder leiding van professor Karsten Reuter zoekt een team onderzoekers aan de Technische Universiteit München (TUM) naar nieuwe materialen, niet alleen voor fotovoltaïsche toepassingen maar ook voor displays en LED’s. Het onderzoek richt zich op organische verbindingen op basis van een ‘skelet’ van koolstof.

Screening

Afhankelijk van structuur en samenstelling hebben de moleculen en de daaruit opgebouwde materialen zeer verschillende fysische eigenschappen – kandidaten te over voor de elektronica van de toekomst. Het is echter een probleem deze kandidaten op te sporen: het duurt weken tot maanden om een nieuw materiaal in het laboratorium te vervaardigen, te testen en te optimaliseren. Met Computational Screening kan dit proces echter aanzienlijk worden versneld.

Computer in plaats van reageerbuis

De onderzoekers analyseren bestaande databanken met een krachtige computer. Deze virtuele speurtocht naar relaties en patronen wordt datamining genoemd. Daarbij is het van doorslaggevend belang dat men weet waarnaar men zoekt: in dit geval gaat het om het elektrisch geleidingsvermogen. Een groot geleidingsvermogen betekent bijvoorbeeld dat er in een zonnecel veel stroom loopt wanneer de moleculen door zonlicht worden geëxciteerd.

Met slimme algoritmen kan naar heel specifieke fysische parameters worden gezocht, zoals de koppelingsparameter (een maat voor de snelheid waarmee elektronen van het ene naar het volgende molecuul gaan) of de reorganisatie-energie (die aangeeft hoe gemakkelijk of moeilijk het voor een molecuul is na ladingsoverdracht zijn structuur aan te passen).

Clusters

Op deze manier heeft het onderzoeksteam de structuurgegevens van 64000 organische monokristallen geanalyseerd en in clusters gegroepeerd. Het resultaat: zowel het koolstofskelet van de moleculen als de functionele groepen die daaraan ‘hangen’ kunnen het geleidingsvermogen sterk beïnvloeden.

De clusters laten zien welke skeletten en welke functionele groepen een goed ladingstransport mogelijk maken en daarmee bijzonder geschikt zijn voor het ontwikkelen van elektronische componenten. Niet alleen kunnen de eigenschappen van een molecuul zo worden voorspeld, maar kunnen ook nieuwe verbindingen worden ontworpen.

Nadere informatie over organische halfgeleiders kan hier worden gevonden.

Bron: Technische Universiteit München
 
Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items