Badania materiałów elektroluminescencyjnych do zastosowania w urządzeniach optoelektronicznych

Głównym celem projektu była spektroskopowa charakterystyka materiałów elektroluminescencyjnych o potencjalnym zastosowaniu w urządzeniach optoelektronicznych takich, jak organiczne diody elektroluminescencyjne (OLED) i tranzystory polowe emitujące światło OLEFET. OLEFET-y to urządzenia nowej generacji, łączące w sobie właściwości emisyjne OLED-u z typowymi właściwościami elektrycznymi tranzystora polowego. Materiały wykorzystywane w organicznej elektronice muszą spełniać liczne wymagania. Główne z nich to: wysoka wydajność emisji w ciele stałym, dobre właściwości przewodzące (zarówno dla dziur jak i elektronów), zdolność tworzenia cienkich warstw, stabilność termiczna, odporność na działanie tlenu i wilgoci, czystość barwy emitowanego światła.

W celu opracowania odpowiedniej warstwy aktywnej dla urządzeń optoelektronicznych przebadano szereg materiałów zarówno małocząsteczkowych, jak i polimerów. W celu zweryfikowania zasadności ich użycia jako emiterów w urządzeniach emitujących światło, przeprowadzone zostały badania fotofizyczne w roztworze i ciele stałym.

Szczególną uwagę w projekcie poświęcono układom gospodarz-gość, w których emitujące światło domieszki zostały zdyspergowane w matrycy polimerowej. W celu poznania mechanizmu przeniesienia energii pomiędzy cząsteczkami matrycy i domieszki, przeprowadzono szczegółowe badania spektroskopowe - pomiary stacjonarnej i czasowo rozdzielczej fluorescencji wraz z wyznaczaniem wydajności kwantowych emisji, uzupełnione badaniami spektralnie rozdzielczej termoluminescencji. Wykazano, że odpowiednie dopasowanie poziomów energetycznych matrycy i domieszki zapewnia efektywny transfer energii i skutkuje wydajną luminescencją domieszki. Najbardziej obiecujące układy zostały przetestowane jako warstwy aktywne w wytwarzanych i charakteryzowanych OLED-ach.

Podjęto próby wytworzenia materiału ambipolarnego i zastosowania go w horyzontalnym tranzystorze polowym emitującym światło. Testowano zarówno jednoskładnikowe warstwy organiczne, jak i blendy składające się z półprzewodników typu n i p. Zaproponowano też alternatywne rozwiązanie mające na celu wytworzenie świecącego tranzystora. Zbudowano i scharakteryzowano wertykalny tranzystor z elektrodą grzebieniową naparowaną pomiędzy warstwą transportującą dziury i warstwą transportującą elektrony, dobierając materiały tak, aby w odpowiednich warunkach możliwe było wytworzenie ekscipleksu emitującego światło. Opracowano metodę kontrolowania natężenia prądu oraz koloru emitowanego światła w wertykalnym organicznym tranzystorze polowym.

Wyniki badań prowadzonych w ramach projektu ułatwią zrozumienie mechanizmów procesów fizycznych, takich jak wstrzykiwanie i transportowanie nośników ładunków oraz tworzenie ekscytonów i ich rekombinacja promienista, leżących u podstaw działania urządzeń elektroluminescencyjnych. Zdobyta wiedza może być wykorzystana do projektowania i wytwarzania bardziej wydajnych urządzeń optoelektronicznych.

dr inż. Gabriela Wiosna-Sałyga

Jest absolwentką Wydziału Chemii Politechniki Łódzkiej. W roku 2009 uzyskała stopień doktora nauk chemicznych w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie badając relacje między strukturą, dynamiką i reaktywnością elektronowo wzbudzonych cząsteczek organicznych, w tym układów z wiązaniem wodorowym. Obecnie zainteresowania naukowe dr Gabrieli Wiosny-Sałygi dotyczą spektroskopowych badań (ze szczególnym uwzględnieniem spektroskopii emisyjnej) materiałów o potencjalnym zastosowaniu w optoelektronice. Jest zaangażowana w projektowanie, wytwarzanie i charakterystykę urządzeń optoelektronicznych (głównie OLED-ów) oraz badanie mechanizmów procesów odpowiedzialnych za efektywną emisję światła w tego typu urządzeniach.

Data publikacji: 17.10.2016