Notas de prensa

A UDC desvela en Advanced Functional Materials unha nova orde molecular de polímeros semicondutores

Neste contexto, un estudo internacional liderado desde o Laboratorio de Polímeros Funcionais do CITENI, con sede no Campus Industrial de Ferrol da Universidade da Coruña, desvelou por primeira vez unha nova forma de organización molecular que ten lugar nestes materiais: unha mesofase sólida intermedia entre a orde cristalina e a desorde amorfa. O traballo, titulado “Decoding the Structure of Benzodithiophene Polymers for High-Efficiency Organic Solar Cells”, foi publicado na prestixiosa revista Advanced Functional Materials.

Unha mesofase entre a orde e a desorde

O estudo céntrase en polímeros semicondutores de tipo push-pull —que integran bloques moleculares con capacidade de doar e aceptar electróns, o que favorece tanto a absorción de luz como o transporte de carga— baseados en benzoditiazois, unha clase de compostos moi utilizada en dispositivos solares de última xeración. A investigación revela que estes materiais non son simplemente amorfos nin cristalinos, senón que presentan unha estrutura intermedia: unha mesofase sólida. Nesta fase híbrida, os polímeros organízanse nunha estrutura laminar, onde as cadeas principais, ríxidas, se amontoan como columnas. As cadeas laterais, máis flexibles, forman rexións con maior mobilidade.

“Fideos moleculares” ao microscopio

“A organización destas fases no polímero, observada ao microscopio, aseméllase a un prato de fideos, onde coexisten agrupacións ordenadas con outras máis desordenadas”, comenta Jaime Martín, investigador principal. Esta metáfora visual axuda a comprender mellor a complexa coexistencia de orde e desorde dentro da mesofase sólida descuberta.

Rexións ocultas ata o de agora

Un dos grandes avances do traballo foi a confirmación experimental de rexións menos ordenadas neste tipo de material. Ata o de agora non se observaran os sinais térmicos típicos dos materiais desordenados, como a transición vítrea

—un cambio gradual no que o material perde rixidez ao quecer—, o que dificultou a súa detección en estudos anteriores.

O estudo tamén sinala que os polímeros de maior rendemento, como o D18 ou o PM6, presentan unha proporción menor destas rexións desordenadas, o que podería explicar a súa maior eficiencia.

A calor como ferramenta de axuste

O traballo demostra que o quecemento pode reorganizar significativamente a estrutura interna destes polímeros. Dependendo do seu grao de orde, atravesan dúas ou tres transicións térmicas ben definidas. Esta capacidade abre a porta a procesos de axuste como os tratamentos térmicos posdeposición: intervencións que se realizan despois de aplicar o polímero sobre un substrato en forma de película delgada. Estes tratamentos son clave para optimizar a organización molecular e, por tanto, mellorar o rendemento dos dispositivos.

“Demostramos que estes polímeros forman unha fase estruturalmente complexa, que combina orde, desorde, zonas ríxidas e zonas flexibles; e que pode explicarse mellor como unha nova clase de mesofase sólida. Entender esta estrutura dános unha poderosa ferramenta para seguir mellorando as tecnoloxías solares orgánicas”, destaca o equipo.

Unha colaboración internacional con selo galego

Desde o Laboratorio de Polímeros Funcionais do CITENI, contribuíron como coautores ao estudo Matteo Sanviti, Xabier Rodríguez, Jesika Asatryan e Jaime Martín. Xunto ao equipo da UDC, tamén participa persoal investigador de centros e institucións como a Universidade do País Vasco (UPV/EHU), POLYMAT, o Donostia International Physics Center (DIPC), o Centro de Física de Materiais (CSIC-UPV/EHU), o Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) da Universidade de Santiago de Compostela, o ALBA Synchrotron, a Chalmers University of Technology (Suecia) e a North Carolina State University (EUA).

Implicacións para a enerxía solar do futuro

Os resultados deste traballo non só achegan novo coñecemento fundamental na ciencia dos materiais, senón que sentan as bases para deseñar polímeros máis estables, eficientes e lixeiros, aplicables non só no eido da enerxía solar, senón tamén no da electrónica flexible e a bioelectrónica. É un paso firme cara a tecnoloxías máis limpas e sostibles.

Jaime Martín e o Laboratorio de Polímeros Funcionais

Jaime Martín é investigador Oportunius e dirixe o Laboratorio de Polímeros Funcionais do CITENI, situado no Campus Industrial de Ferrol. O seu equipo traballa no deseño e a optimización de polímeros semicondutores para os empregar nos ámbitos da electrónica orgánica e a enerxía solar. Martín lidera varios proxectos internacionais, entre eles unha prestixiosa ERC Consolidator Grant do Consello Europeo de Investigación, dotada con preto de dous millóns de euros.