Onderzoekers van het Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) van de Kyushu University in Japan hebben een manier aangetoond om energie te splitsen in organische light-emitting diodes (OLED's) en de limiet van 100 procent voor de productie van excitonen te overschrijden. het openen van een veelbelovende nieuwe route voor het creëren van goedkope en zeer intensieve nabij-infraroodlichtbronnen voor detectie- en communicatietoepassingen.

OLED's gebruiken lagen koolstofhoudende organische moleculen om elektrische ladingen om te zetten in licht. In normale OLED's, een positieve lading en een negatieve lading komen samen op een molecuul om een ​​pakket energie te vormen dat een exciton wordt genoemd. Eén exciton kan zijn energie vrijgeven om maximaal één foton te creëren.

Wanneer alle ladingen excitonen vormen die licht uitstralen, een maximale interne kwantumefficiëntie van 100 procent wordt bereikt. Echter, de nieuwe technologie gebruikt een proces dat singlet-splijting wordt genoemd om de energie van een exciton in tweeën te splitsen, waardoor het mogelijk wordt om de grens van 100 procent voor de efficiëntie van het omzetten van ladingsparen in excitonen te overschrijden, ook bekend als de exciton-productie-efficiëntie;

"Simpel gezegd, we hebben moleculen ingebouwd die fungeren als veranderingsmachines voor excitonen in OLED's. Vergelijkbaar met een wisselautomaat die een biljet van $ 10 omzet in twee biljetten van $ 5, de moleculen zetten een dure, high-energy exciton in twee halve prijs, laagenergetische excitonen, " legt Hajime Nakanotani uit, universitair hoofddocent aan de Kyushu University en co-auteur van het artikel waarin de nieuwe resultaten worden beschreven.

Excitaties zijn er in twee vormen, singlets en drieling, en moleculen kunnen alleen singlets of triplets met bepaalde energieën ontvangen. De onderzoekers overwonnen de limiet van één exciton per paar ladingen door moleculen te gebruiken die een triplet-exciton kunnen accepteren met een energie die de helft is van de energie van het singlet-exciton van het molecuul.

In dergelijke moleculen het singlet kan de helft van zijn energie overbrengen naar een naburig molecuul terwijl de helft van de energie voor zichzelf blijft, resulterend in de creatie van twee drielingen uit één singlet. Dit proces wordt singlet-splijting genoemd.

De triplet-excitonen worden vervolgens overgebracht naar een tweede type molecuul dat de energie gebruikt om nabij-infrarood licht uit te zenden. In het huidige werk, de onderzoekers waren in staat om de ladingsparen om te zetten in 100,8 procent tripletten, wat aangeeft dat 100 procent niet langer de limiet is. Dit is het eerste rapport van een OLED die singlet-splijting gebruikt, hoewel het eerder is waargenomen in organische zonnecellen.

Verder, de onderzoekers konden de singlet-splijtingsefficiëntie gemakkelijk evalueren, die vaak moeilijk in te schatten is, gebaseerd op een vergelijking van de nabij-infraroodemissie en sporen van zichtbare emissie van resterende singlets wanneer het apparaat wordt blootgesteld aan verschillende magnetische velden.

"Nabij-infraroodlicht speelt een sleutelrol in biologische en medische toepassingen, samen met communicatietechnologieën, " zegt Chihaya Adachi, directeur van OPERA. "Nu we weten dat singlet-splijting kan worden gebruikt in een OLED, we hebben een nieuw pad om de uitdaging van het creëren van een efficiënte nabij-infrarood OLED te overwinnen, die onmiddellijk praktisch nut zou vinden."

De algehele efficiëntie is in dit vroege werk nog steeds relatief laag omdat nabij-infraroodemissie van organische emitters traditioneel inefficiënt is, en energie-efficiëntie zal, natuurlijk, altijd worden beperkt tot maximaal 100 procent. Niettemin, deze nieuwe methode biedt een manier om de efficiëntie en intensiteit te verhogen zonder het emittermolecuul te veranderen, en de onderzoekers kijken ook naar het verbeteren van de emittermoleculen zelf.

Met verdere verbeteringen, de onderzoekers hopen de efficiëntie van de excitonproductie op te trekken tot 125 procent, wat de volgende limiet zou zijn, aangezien elektrische bediening natuurlijk leidt tot 25 procent singlets en 75 procent triplets. Daarna, ze overwegen ideeën om tripletten om te zetten in singlets en mogelijk een kwantumefficiëntie van 200 procent te bereiken.