O novo OLET, que é 10 vezes mais eficiente do que qualquer outro OLET relatado, tem uma estrutura de três camadas. Elétrons da camada verde e buracos da camada azul se movem para a camada vermelha do meio, onde excitons são formados e luz é emitida. Copyright da imagem:Nature Publishing Group.
(PhysOrg.com) - Já, Diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs) estão se tornando comercializados para aplicações de exibição de luz devido às suas vantagens, como baixo custo de fabricação e emissão de grandes áreas. Mas os OLEDs também têm limitações de eficiência intrínseca devido à sua estrutura, o que pode limitar seu desenvolvimento futuro em termos de brilho. Agora, uma equipe de pesquisadores descobriu que outro dispositivo baseado em semicondutor orgânico, o transistor emissor de luz orgânico (OLET), pode aumentar drasticamente a eficiência dos OLEDs, pois os OLETs têm a estrutura de um transistor em vez de um diodo. Em seu estudo recente, os pesquisadores criaram OLETs que são 10 vezes mais eficientes do que qualquer OLET relatado anteriormente, bem como duas vezes mais eficiente que um OLED otimizado feito com os mesmos materiais.
Os pesquisadores, Raffaella Capelli, et al., do Instituto de Materiais Nanoestruturados (ISMN) em Bolonha, Itália, e a Polyera Corporation em Skokie, Illinois, EUA, publicaram seus resultados em uma edição recente da Materiais da Natureza .
Como explicam os pesquisadores, A tecnologia OLED é de longe a mais desenvolvida dos dois dispositivos baseados em semicondutores orgânicos. Mas a maior desvantagem de usar OLEDs para aplicações de exibição de luz é que eles sofrem intrinsecamente com perda de fótons e extinção de excitons. Ambos os efeitos são um resultado direto da estrutura dos OLEDs:a proximidade espacial dos contatos elétricos e da região de geração de luz faz com que alguns fótons emitidos sejam absorvidos, resultando em perda de fótons. De forma similar, o maior efeito de têmpera em OLEDs, chamado extinção de carga de excitons, reduz o número de excitons, e ocorre devido a uma sobreposição espacial de excitons e cargas.
Como os OLETs têm uma estrutura baseada em transistor, pesquisadores têm procurado recentemente maneiras de suprimir esses efeitos deletérios inerentes à arquitetura OLED. Até aqui, eles só conseguiram prevenir um tipo de têmpera chamada têmpera de metal exciton, o que foi feito movendo a área emissora de luz para mais longe dos eletrodos. Contudo, os outros efeitos ainda permaneceram, de modo que os melhores OLETs alcançaram apenas uma eficiência de no máximo 0,6%.
No novo estudo, os pesquisadores desenvolveram um OLET que poderia evitar perdas de fótons e os dois tipos de extinção. Em demonstrações, os novos OLETs alcançaram eficiências de 5%. Em comparação, OLEDs equivalentes tiveram eficiências de apenas 0,01%, enquanto os OLEDs otimizados com a mesma camada de emissão dos OLETs alcançaram eficiências de 2,2%, com a diferença sendo devido à sua estrutura de diodo. (Embora 2,2% seja a maior eficiência relatada para OLEDs com base em emissores fluorescentes, pesquisadores relataram recentemente OLEDs com base em material de emissão fosforescente com uma eficiência da ordem de 20%.)
Os pesquisadores chamam seu novo dispositivo de OLET de efeito de campo de três camadas devido às suas três camadas semicondutoras orgânicas:uma camada superior de canal p de 15 nm de espessura que transporta orifícios, uma camada média de 40 nm de espessura que emite luz (a "zona de formação de excitons"), e uma camada inferior de canais n com 7 nm de espessura que transporta elétrons. Nesta configuração, elétrons e buracos se movem de suas respectivas camadas para a camada do meio, onde excitons são formados e luz é emitida. As três camadas semicondutoras são posicionadas em um substrato de vidro de três camadas, óxido de índio e estanho, e PMMA, e dois eletrodos de ouro na parte superior completam o design.
A arquitetura de três camadas oferece várias vantagens. Para um, as regiões de formação de luz e de emissão de luz estão localizadas longe o suficiente dos eletrodos de modo que as perdas de fótons nos eletrodos e a extinção do metal exciton sejam evitadas. Também, a região emissora de luz é fisicamente separada dos fluxos de carga, que impede a extinção de carga de excitons. Por estas razões, os pesquisadores descrevem o OLET de três camadas como um "OLED sem contato, ”Onde esses efeitos deletérios são intrinsecamente prevenidos. Além dessas melhorias, os pesquisadores preveem que a eficiência do novo OLET deve ser capaz de ser aumentada ainda mais com ajustes adicionais, como diminuir a tensão de operação e ajustar cuidadosamente cada parte da estrutura.
“Apesar das melhorias técnicas necessárias, acreditamos que nossos OLETs de três camadas representam uma rota viável para aumentar ainda mais a eficiência do dispositivo, ”Capelli, um pesquisador do ISMN, contado PhysOrg.com .
Geral, os cientistas esperam que o OLET represente um caminho para o desenvolvimento de dispositivos orgânicos emissores de luz práticos com eficiência sem precedentes. O dispositivo pode oferecer potencial para muitas aplicações, como fontes de luz em nanoescala intensas e sistemas optoeletrônicos.
“O OLET é um novo conceito de emissão de luz, fornecer fontes de luz planas que podem ser facilmente integradas em substratos de diferentes naturezas (silício, copo, plástico, papel, etc.) usando técnicas microeletrônicas padrão, ”Disse Michele Muccini, pesquisador do ISMN. “Nossos dispositivos fornecem fontes de luz planar do tamanho de um micrômetro que podem permitir aplicações fotônicas orgânicas como bio-sensor integrado no chip e tecnologia de exibição de alta resolução com componentes eletrônicos incorporados. Além disso, uma perspectiva de longo prazo para OLETs pode estar relacionada à realização de um laser orgânico eletricamente bombeado. ”
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