Investigadores del Instituto Paul Scherrer (PSI) están trabajando sobre un prometedor material para el desarrollo de diodos orgánicos emisores de luz (OLEDs). La sustancia permite un alto rendimiento lumínico garantizando una producción a gran escala de forma barata y utilizable para la iluminación de grandes espacios. 

El compuesto es un sólido amarillento. Si lo disuelves en un líquido o lo colocas en una fina capa sobre un electrodo y luego aplicas corriente, emite un intenso resplandor verde. La razón: las moléculas absorben la energía que se le suministra y gradualmente la emiten en forma de luz. Es el mismo efecto de electroluminiscencia en que se basan los LED. 

Esta sustancia verde luminiscente puede convertirse en un excelente candidato para la producción de OLEDs. Desde hace unos tres años, los OLEDs se encuentran en las pantallas de los teléfonos inteligentes y de televisores, y pueden convertirse en una herramienta idónea para iluminación de grandes superficies en espacios interiores. 

“Sin embargo, para su producción hay que encontrar los materiales más adecuado para esta aplicación. Ello se debe a que muchas de las sustancias que se están considerando para los OLED contienen materiales costosos como el iridio, lo que impide su aplicación a gran escala y en superficies extensas. Sin estos aditivos, los materiales sólo pueden emitir una pequeña parte de la energía que se les suministra en forma de luz; el resto se pierde, por ejemplo, en forma de energía vibratoria”, explican los investigadores. 

El objetivo de esta nueva investigación es encontrar materiales más eficientes para conseguir dispositivos más baratos y respetuosas con el medio ambiente y para la iluminación de grandes superficies. Metales baratos y fácilmente disponibles como el cobre prometen mucho en este campo. 

El compuesto bajo examen

Los investigadores han hecho ahora un examen más preciso del compuesto el cual contiene cobre, el CuPCP. Hay cuatro átomos de cobre en el centro de cada molécula, rodeados por átomos de carbono y fósforo. El cobre es un metal relativamente barato, y el compuesto en sí puede producirse fácilmente en grandes cantidades, condiciones previas ideales para su uso en grandes superficies extensas.

«Queríamos entender cómo es el estado de excitación del compuesto», dice Grigory Smolentsev, físico del grupo de investigación de espectroscopia operando. Es decir: ¿cómo cambia la sustancia cuando absorbe energía? Por ejemplo, ¿cambia la estructura de la molécula? ¿Cómo se distribuye la carga en los átomos individuales después de la excitación? «Esto revela cuán altas son las pérdidas de energía que no serán liberadas como luz y nos muestra cómo podemos posiblemente minimizar estas pérdidas.»

Utilizando dos grandes instalaciones de investigación del PSI – “the Swiss Light Source SLS” y  “ X-ray free-electron laser SwissFEL”- así como la instalación European Synchrotron Radiation en Grenoble, los investigadores pudieron examinar desde más cerca los estados de excitación de corta duración del compuesto de cobre. 

Las mediciones confirmaron que la sustancia era un buen candidato para el desarrollo de OLEDs debido a su estructura química. Las propiedades químicas cuánticas del compuesto permiten alcanzar un alto rendimiento lumínico. Esto es gracias a que la molécula es relativamente rígida, y su estructura tridimensional cambia sólo ligeramente cuando se excita. Ahora los investigadores pueden comenzar a optimizar aún más esta sustancia para su uso en OLEDs. 

Herramientas para el futuro

Además, las mediciones realizadas y los datos experimentales obtenidos en la investigación pueden ser muy útiles para mejorar los cálculos teóricos sobre las moléculas en general. «Así que en el futuro será posible predecir mejor qué compuestos son más adecuados para los OLEDs y cuáles no tanto. Los datos de las mediciones ayudarán a los químicos a entender qué parte de la molécula se interpone en el camino de la alta eficiencia. Y por supuesto: cómo se puede mejorar el compuesto para aumentar su rendimiento lumínico”, concluye Smolentsev.

Créditos de imagen de portada: University of Bremen/Matthias Vogt