Kohti sähköä tuottavia näyttöjä

Science Tokion tutkijat raportoivat, että äskettäin kehitetty orgaaninen puolijohdelaite voi sekä tuottaa sähköä valosta että emittoida kirkasta näkyvää valoa.

Nykyaikaisen elektroniikan perustana on puolijohdediodi mutta nykyiset diodipohjaiset piirit ovat kuitenkin erinomaisia vain niille suunnitelluissa tehtävissä.

Äskettäisessä tutkimuksessa apulaisprofessori Seiichiro Izawan johtama tutkimusryhmä on kehittänyt laiterakenteen, joka voi sekä kerätä valoa että emittoida sitä, mikä avaa oven sähköä tuottaville näytöille ja kompaktimmalle elektroniikalle.

Tiimi tarttui orgaanisten puolijohteiden alalla jatkuvasti esiin nousseeseen haasteeseen. Kun valo virittää näitä materiaaleja, se tuottaa liikkuvia varauksia. Ihannetapauksessa näiden varausten tulisi joko tuottaa sähköä tai emittoida valoa, kun ne yhdistyvät uudelleen. Sen sijaan suuri osa energiasta menetetään lämpönä prosessissa, jota kutsutaan ei-säteileväksi rekombinaatioksi.

Tämän ongelman lieventämiseksi tutkimusryhmä keskittyi hallitsemaan energian virtausta kahden orgaanisen materiaalin rajapinnassa. He valitsivat ja yhdistivät huolellisesti moniresonanssisia termisesti aktivoituvia viivästyneitä fluoresensseja (MR-TADF) hyödyntäviä materiaaleja, joissa elektronitiheys vaihtelee vierekkäisten atomien välillä. Tämä ainutlaatuinen järjestely luo ihanteellisen energiatasoarkkitehtuurin, joka estää kaapatun energian siirtymisen emissoimattomiin tiloihin.

Heidän yksinkertainen kerrosrakenteensa saavutti samanaikaisesti 1,36 %:n tehonmuunnoshyötysuhteen ja 2,0 %:n valonemissiohyötysuhteen, mikä oli ensimmäinen kerta, kun orgaaninen laite ylitti 1 %:n molemmissa kategorioissa.

Rakenne emittoi kirkkaan punaista valoa 1 000 cd/m²:n luminanssilla , joka vastasi kaupallisten älypuhelinten näyttöjen kirkkautta. Merkittävää on, että ratkaisu toimi vain 3,2 voltin jännitteellä ja saavutti avoimen piirin jännitteen, joka oli huomattavan lähellä teoreettista rajaa.

Näiden vaikuttavien tulosten perusteella valmistettu laite lähestyy suorituskyvyltään vakiintuneiden epäorgaanisten puolijohteiden, kuten galliumarsenidin, tasoa. ”Tämä samanaikaisen tehokkaan valon emission, energian keräämisen ja valoilmaisun demonstraatio yhdessä piirirakenteessa luo uuden suunnittelukehyksen orgaaniselle optoelektroniikalle ja edustaa merkittävää askelta kohti todella monitoimisia, kompakteja ja kestäviä laitealustoja”, Izawa huomauttaa.

Aiheesta aiemmin:

Kaksitoiminen orgaaninen molekyyli näytöille ja kuvantamiselle

Kaksitoimisia ledejä