Синтезировать OLED станет проще

Органические полупроводники заработали репутацию энергоэффективных материалов в органических светодиодах (OLED), которые используются уже массово в дисплеях. В этих и других приложениях, таких как солнечные элементы, ключевым параметром является энергетический зазор между электронными состояниями. Он определяет длину волны излучаемого или поглощаемого света. Желательна непрерывная регулировка этого энергетического зазора. Действительно, для неорганических материалов уже существует соответствующий метод - так называемое смешивание. Он основан на создании ширины запрещенной зоны путем замещения атомов в материале. Это обеспечивает возможность непрерывной перестройки, как, например, в полупроводниках из арсенида алюминия-галлия. К сожалению, это не может быть перенесено на органические полупроводники из-за их различных физических характеристик и парадигмы построения на основе молекул, что значительно затрудняет настройку непрерывной запрещенной зоны.

Тем не менее, ученые из «Центра передовой электроники» в Дрездене (CFAED, TU Dresden) и кластера передового опыта «э-преобразования» в Мюнхенском университете вместе с партнерами из Вюрцбургского, Берлинского и Ульмского университетов впервые реализовали технологию создания запрещенной зоны для органических полупроводников путем смешивания.

Для неорганических полупроводников уровни энергии могут быть сдвинуты друг к другу за счет атомных замещений, тем самым уменьшая ширину запрещенной зоны («инженерия запрещенной зоны»). Напротив, модификации зонной структуры путем смешивания органических материалов могут только согласованно сдвинуть уровни энергии вверх или вниз. Это связано с сильными кулоновскими эффектами, которые можно использовать в органических материалах, но это не влияет на щель. «Было бы очень интересно также изменить щель органических материалов путем смешивания, чтобы избежать длительного синтеза новых молекул», - говорит профессор Карл Лео (Karl Leo) из Технического университета Дрездена.

Теперь исследователи нашли нетрадиционный способ смешивания материала со смесями похожих молекул, различающихся по размеру. «Ключевой вывод заключается в том, что все молекулы выстраиваются в определенные структуры, которые допускаются их молекулярной формой и размером, - объясняет Франк Ортманн (Frank Ortmann), профессор Мюнхенского технического университета и руководитель группы Центра передовой электроники в Дрездене (CFAED, TU Dresden). - Это вызывает желаемое изменение диэлектрической проницаемости материала и энергии щели».

Группа Фрэнка Ортмана смогла прояснить механизм, моделируя структуру смешанных пленок и их электронные и диэлектрические свойства. Соответствующее изменение молекулярной упаковки в зависимости от формы смешанных молекул было подтверждено измерениями рассеяния рентгеновских лучей, выполненными группой Organic Devices Group профессора Стефана Маннсфельда (Stefan Mannsfeld) в CFAED.

Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Nature Materials. Хотя это доказывает осуществимость такого типа инженерной стратегии на уровне энергии, ее применение будет изучено для оптоэлектронных устройств в будущем.

Изменение соотношения молекул 3T (на переднем плане) и молекул 6T (указано на заднем плане) в смеси позволяет непрерывно настраивать энергетическую щель

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI