UNIST-onderzoekers melden een aanzienlijke verbetering van de apparaatprestaties van op polymeer gebaseerde opto-elektronische apparaten. Gepubliceerd in Natuurfotonica vandaag, het nieuwe plasmonische materiaal, kan worden toegepast op zowel polymere lichtemitterende diodes (PLED's) als polymere zonnecellen (PSC's), met wereldrecord hoge prestaties, via een eenvoudig en goedkoop proces.

Onderzoekers van het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) rapporteren vandaag een aanzienlijke verbetering van de apparaatprestaties van opto-elektronische apparaten op basis van polymeren. Zuid-Korea. Het nieuwe plasmonische materiaal, kan worden toegepast op zowel polymere lichtemitterende diodes (PLED's) als polymere zonnecellen (PSC's), met wereldrecord hoge prestaties, via een eenvoudig en goedkoop proces.

De tegengestelde eisen van deze apparaten betekenen dat er maar weinig metalen nanodeeltjes zijn die tegelijkertijd de prestaties in PLED's en PSC's kunnen verbeteren.

De meeste halfgeleidende opto-elektronische apparaten (OED's), inclusief fotodiodes, zonnepanelen, lichtemitterende diodes (LED's), en halfgeleiderlasers, zijn gebaseerd op anorganische materialen. Voorbeelden zijn galliumnitride voor lichtemitterende diodes en silicium voor zonnecellen.

Vanwege de beperkte beschikbaarheid van grondstoffen en de complexe verwerking die nodig is om OED's op basis van anorganische materialen te vervaardigen, de kosten van de fabricage van apparaten nemen toe. Er is grote belangstelling voor dunnefilm OED's die zijn gemaakt van alternatieve halfgeleiders.

Onder deze materialen, organische halfgeleiders hebben veel aandacht gekregen voor gebruik in OED's van de volgende generatie vanwege het potentieel voor goedkope en grootschalige fabricage met behulp van oplossingsverwerking.

Ondanks uitgebreide inspanningen om nieuwe materialen en apparaatarchitecturen te ontwikkelen die de prestaties van deze apparaten verbeteren, verdere efficiëntieverbeteringen nodig zijn, voordat er een wijdverbreid gebruik en commercialisering van deze technologieën kan plaatsvinden.

Het materiaal dat door het onderzoeksteam van UNIST is bereid, is gemakkelijk te synthetiseren met basisapparatuur en is verwerkbaar bij lage temperaturen. Deze verwerkbaarheid van de oplossing bij lage temperatuur maakt roll-to-roll massaproductietechnieken mogelijk en is geschikt voor gedrukte elektronische apparaten.

"Ons werk is ook belangrijk omdat het vooruitloopt op de realisatie van elektrisch aangedreven laserapparaten door gebruik te maken van door carbon dot* ondersteunde zilveren nanodeeltjes (CD-Ag NP's) als plasmonische materialen." zegt prof. Byeong-Su Kim. "Het materiaal zorgt voor een aanzienlijke stralingsemissie en extra lichtabsorptie, wat leidt tot een opmerkelijk verbeterde stroomefficiëntie."

Oppervlakteplasmonresonantie is een elektromagnetische golf die zich voortplant langs het oppervlak van een dunne metaallaag en de collectieve oscillatie van elektronen in een vaste stof of vloeistof gestimuleerd door invallend licht. SPR is de basis van veel standaardinstrumenten voor het meten van adsorptie van materialen op vlakke metalen (meestal goud en zilver) oppervlakken of op het oppervlak van metalen nanodeeltjes.

Het team demonstreerde efficiënte PLED's en PSC's met behulp van oppervlakte-plasmonresonantieverbetering met CD-Ag NP's. De PLED's behaalden een opmerkelijk hoog stroomrendement (van 11,65 tot 27,16 cd A-1) en lichtopbrengst (LE) (van 6,33 tot 18,54 lm W-1).

Op deze manier geproduceerde PSC's vertoonden een verbeterde energieconversie-efficiëntie (PCE) (van 7,53 tot 8,31%) en interne kwantumefficiëntie (IQE) (van 91 tot 99% bij 460 nm). De LE (18,54 lm W-1) en IQE (99%) behoren tot de hoogste waarden die tot nu toe zijn gerapporteerd in fluorescerende PLED's en PSC's, respectievelijk.

"Deze significante verbeteringen in apparaatefficiëntie tonen aan dat oppervlakte-plasmonresonantiematerialen een veelzijdige en effectieve route vormen voor het bereiken van hoogwaardige polymere LED's en polymere zonnecellen, "Zei Prof. Jin Young Kim. "Deze aanpak is veelbelovend als een route voor de realisatie van elektrisch aangedreven polymeerlasers."

De collega-onderzoekers zijn onder meer Hyosung Choi, Seo-Jin Ko, Yuri Choi, Taeyo Kim, Boram Lee, en Prof. Myung Hoon Song van UNIST, en onderzoekers van de Chungnam National University, Pusan ​​Nationale Universiteit, en Gwangju Instituut voor Wetenschap en Technologie.

Dit onderzoek werd ondersteund door een WCU-programma (World Class University) via de Korea Science and Engineering Foundation, gefinancierd door het ministerie van Onderwijs, Wetenschap en technologie, de National Research Foundation of Korea Grant, het Korea Healthcare-technologie R&D-project, het ministerie van Volksgezondheid en Welzijn, Korea en de Internationale Samenwerking van het Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning (KETEP) subsidie, gefinancierd door het Koreaanse ministerie van Kenniseconomie.

*Carbon-dot:Carbon dots (CD's) bestaan ​​uit carbon, waterstof, en zuurstof met een quasi-bolvormige structuur waarin de koolstof het karakter van kristallijn grafiet vertoont.