Organiczna dioda elektroluminescencyjna o strukturze ITO/MTDATA

Nr wniosku: 168674, nr raportu: 12794. Kierownik (z rap.): dr hab. inż. Waldemar Leonard Stampor
W ostatnich latach obserwuje się rosnące zainteresowanie zastosowaniem materiałów organicznych w elektronice, w
szczególności do wytwarzania organicznych diod elektroluminescencyjnych (OLED) oraz organicznych ogniw
fotowoltaicznych (PV).
Miniaturowe diody OLED już dziś z powodzeniem stosuje się do budowy kolorowych wyświetlaczy komputerów
przenośnych, telefonów komórkowych i – ostatnio - ekranów telewizyjnych. Diody OLED mogą mieć także postać dużych,
także giętkich, powierzchni jednolicie emitujących przyjemne dla oka, „miękkie” światło o różnych barwach, a także światło
białe o wysokiej wierności reprodukcji barw, co powoduje, że stają się one alternatywą dla konwencjonalnych źródeł światła
(tradycyjne żarówki, lampy fluorescencyjne, coraz częściej stosowane nieorganiczne diody elektroluminescencyjne).
Półprzewodniki organiczne są także obiecującym materiałem do wytwarzania tanich ogniw fotowoltaicznych, o parametrach
(np. giętkość, wielkość powierzchni roboczej i lekkość konstrukcji) przewyższających powszechnie stosowane ogniwa
krzemowe.
Konstrukcja diod OLED i ogniw PV jest podobna. Tworzy je jedna lub więcej bardzo cienkich warstw czynnych półprzewodników umieszczonych między dwiema elektrodami (jedna z nich jest przezroczysta). Dioda emituje światło w
wyniku zachodzących w półprzewodniku (półprzewodnikach) procesów fuzji (rekombinacji) nośników ładunku
elektrycznego przeciwnego znaku: dodatnio naładowanych dziur i ujemnie naładowanych elektronów. Nośniki pompowane
są do części czynnej diody pod wpływem pola elektrycznego wywołanego podłączeniem do elektrod źródła napięcia
zasilającego strukturę. W przypadku ogniwa PV światło wnikające do warstwy (warstw) półprzewodnika generuje związane
siłami wzajemnego przyciągania wzbudzone pary elektron-dziura, które ulegają rozpadowi (tzw. dysocjacji) tworząc
swobodne nośniki ładunku. Swobodne elektrony i dziury zostają następnie zebrane przez elektrody, co prowadzi do
powstania na nich napięcia elektrycznego.
Zasadniczymi wadami diod OLED, ograniczającymi ich konkurencyjność w stosunku do, np. ciekłych kryształów (monitory
komputerowe, ekrany telefonów komórkowych i telewizory LCD) jest ich stosunkowo krótki czas życia i ograniczona
wydajność świecenia obserwowana w zakresie typowo stosowanych silnych pól elektrycznych. W przypadku ogniw PV,
oprócz trwałości, problemem jest stosunkowo niska w porównaniu do klasycznych ogniw krzemowych efektywność procesu
wytwarzania energii elektrycznej.
Niniejszy projekt dotyczy badań podstawowych procesów ograniczających wydajność diod OLED i ogniw PV. Wyniki
badań pokazują, że procesy dysocjacji stanów wzbudzonych i rekombinacji nośników ładunku przebiegają z udziałem par
elektron-dziura. Ich parametry (energia wiązania, odległość między nośnikami ładunku) określono mierząc odpowiednie
sygnały: przewodnictwo elektryczne wywołane oświetleniem oraz świecenie (luminescencję) warstw materiałów
organicznych po umieszczeniu próbek w zewnętrznym polu elektrycznym i magnetycznym.
Uzyskane wyniki umożliwiają głębsze poznanie mechanizmów warunkujących wydajne działanie urządzeń stosowanych w
technice optoelektronicznej i oświetleniowej oraz w fotowoltaice.
Badania z wykorzystaniem pola magnetycznego dotyczą wiodących problemów współczesnej fizyki organicznego ciała
stałego, z rozwiązaniem których wiąże się nadzieje na skonstruowanie wielofunkcyjnych (sterowanych polem elektrycznym i
magnetycznym) diod elektroluminescencyjnych i ogniw fotowoltaicznych.
Organiczna dioda
elektroluminescencyjna
o strukturze
ITO/MTDATA:BCP/LiF/Al
w komorze próżniowej,
wytworzona w laboratorium
gdańskim