Ученые создают материалы, более пригодные для производства светодиодов
 В погоне за снижением стоимости производства OLED, ученые создали органическую молекулу с минимальным энергетическим зазором между двумя нижними возбужденными состояниями. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Органические светоизлучающие диоды (органические светодиоды, OLED) позволяют создавать более дешевые, легкие и гибкие электронные компоненты, нежели традиционные кристаллические структуры. Однако подобные светодиоды пока еще неэффективны при преобразовании электрической энергии в фотоны.
В типичном OLED электроны и дырки проводимости распространяются в противоположных направлениях в результате зачастую скачкообразной перестройки от одной молекулы к другой. Когда электрон и дырка проводимости встречаются, они образуют возбужденное состояние или так называемый экситон, в котором спины частиц могут быть направлены в противоположные стороны (тогда суммарный спин экситона равен нулю, а состояние называется «синглетным») или в одну и ту же сторону (спин частицы равен 1, а состояние носит название «триплетного»). Согласно законам статистики, триплетное состояние в три раза более вероятно, нежели синглетное. Однако только синглетное состояние может переходить в основное путем испускания фотона при так называемой флуоресценции. Переход между триплетным состоянием и основным, называемый фосфоресценцией, происходит гораздо медленнее. В большинстве случаев энергия, затраченная на формирование триплетных состояний, попросту уходит в тепло еще до того, как будет испущен хотя бы один фотон.
Ученые из различных научных групп предложили способы восстановления этой «потерянной» энергии из триплетного состояния, к примеру, путем добавления к органическим молекулам соединений металлов, которые помогают управлять процессом фосфоресценции. Правда, металлы, необходимые для решения этой задачи (например, иридий) дороги и редко встречаются в природе. Но, похоже, группа ученых из Kyushu University (Япония) предложила решение этой проблемы.
В течение последних нескольких лет группа работала над OLED-конструкциями, использующими в ходе работы процесс, называемый термоактивированной замедленной флуоресценцией (thermally activated delayed fluorescence, TADF). Эта форма излучения возможна, когда синглетное и триплетное возбужденные состояния настолько близки по своей энергии, что перепад температуры может обеспечить ученым управление переходами в синглетное состояние, где вероятна флуоресценция.
В рамках своей работы ученые предложили «конструкцию» нескольких органических молекул с наименьшей энергетической разницей между синглетным и триплетным состоянием. Отчасти эта разница зависит от пространственного расположения молекулярных орбиталей, через которые путешествуют электроны и дырки проводимости в процессе переноса заряда, так что добиться этого удалось с помощью учета факторов, влияющих на ширину зазора, при проектировании молекулы.
В последней статье команда сообщила об успешном синтезе сложных молекул с зазором между состояниями в 0,08 эВ. Когда эта молекула была использована для создания OLED, общая эффективность преобразования электрической энергии в световое излучение повысилась до 20% (достигнув уровня органических светодиодов, содержащих иридий).
По мнению ученых, 0,08 эВ – это не предел. На сегодняшний день они уже создали молекулу, для которой зазор составляет всего 0,02 эВ. Хотя созданный из нее OLED пока показывает эффективность на уровне всего 14%, результаты работы чрезвычайно важны с точки зрения молекулярного дизайна. Тем более, что молекула может быть полезна и в других областях, к примеру, при создании кислородных датчиков или органических полупроводниковых лазеров.
Подробные результаты работы были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Также по теме:
- Технология OLED
- Ученые разработали новые техники производства органических светодиодов
- Графен поможет сделать светодиоды принципиально нового типа
- Запуск фотона по требованию
- Квантовые компьютеры на основе светоизлучающих диодов (LED)
Источники: