Οπτοηλεκτρονικές διατάξεις βασισμένες σε οργανικούς ημιαγωγούς

Οι οργανικές οπτοηλεκτρονικές διατάξεις βασίζουν τη λειτουργία τους σε ημιαγώγιμα πολυμερή ή μικρά μόρια, τα οποία παρουσιάζουν εκτεταμένες συζυγίες απλών και διπλών δεσμών. Τα υλικά αυτά παρουσιάζουν πλεονεκτήματα όπως η δυνατότητά τους για εναπόθεση σε πολύ μεγάλες, εύκαμπτες και πανάλαφρες επιφάνειες, χρησιμοποιώντας τεχνικές επεξεργασίας χαμηλού κόστους (εξάχνωση, spin-coating, inkjetprinting). Με βάση τους οργανικούς ημιαγωγούς κατασκευάζονται οπτοηλεκτρονικές διατάξεις, όπως οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός (organic light emitting diodes, OLEDs), οργανικά φωτοβολταϊκά (organicphotovoltaїcs, OPVs), τρανζίστορ και κυματοδηγοί.

Η δομή ενός τυπικού OLED έχει ως εξής: στην επιφάνεια ενός διαφανούς υποστρώματος (που μπορεί να είναι γυαλί ή εύκαμπτο πλαστικό) εναποτίθεται και ακολούθως σχηματοποιείται το αγώγιμο υλικό της διαφανούς ανόδου (συνήθως IndiumTinOxide, ITO, με μεγάλο έργο εξόδου). Στη συνέχεια επιστρώνεται ή εξαχνώνεται το ημιαγώγιμο υμένιο που με κατάλληλη πόλωση εκπέμπει φως ορισμένου μήκους κύματος και η διάταξη ολοκληρώνεται με την εναπόθεση του υλικού της καθόδου (συνήθως μέταλλο με μικρό έργο εξόδου, όπως το αλουμίνιο). Εντυπωσιακές είναι οι χαρακτηριστικές τιμές των παραμέτρων λειτουργίας ενός τυπικού OLED: εξωτερική κβαντική απόδοση > 10% ή> 0 lm/W, χρόνος ζωής 10.000 ώρες (μέχρι και 100.000 ώρες!), μεγάλη λαμπρότητα: 10 Cd/m2, μικρό δυναμικό κατωφλίου (2-3V). Πρόκειται για μια εναλλακτική τεχνολογία που κερδίζει έδαφος συνεχώς την τελευταία δεκαετία σε εφαρμογές όπως είναι οι επίπεδες, εύκαμπτες οθόνες και οι στερεές πηγές φωτισμού (solid state lighting).

Μία επιπλέον εφαρμογή οργανικών οπτοηλεκτρονικών διατάξεων είναι τα φωτοβολταϊκά στοιχεία. Πρόκειται για τεχνολογία αιχμής που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της προσπάθειας για καινοτόμες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Τα οργανικά/υβριδικά φωτοβολταϊκά έχουν παρόμοια δομή και μεθόδους κατασκευής με τα OLEDs και βασίζονται κυρίως σε μίγματα οργανικών ημιαγωγών (p-τύπου, δότες ηλεκτρονίων) με μικρά μόρια n-τύπου (αποδέκτες ηλεκτρονίων, συνήθως παράγωγες ενώσεις του φουλερενίου). Με την απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας παράγονται ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών τα οποία διαχωρίζονται στη p-n διεπιφάνεια. Στη συνέχεια, υπό την επίδραση του εσωτερικού πεδίου κινούνται προς τα ηλεκτρόδια (άνοδος και κάθοδος για τις οπές και τα ηλεκτρόνια, αντίστοιχα) και έτσι κυκλοφορούν στο εξωτερικό κύκλωμα παράγοντας φωτόρευμα.