To i én løsning til billige polymer -lysdioder og solceller

UNIST-forskere rapporterer om en betydelig forbedring af enhedens ydeevne for polymerbaserede optoelektroniske enheder. Udgivet i Natur fotonik i dag, det nye plasmoniske materiale, kan anvendes på både polymere lysdioder (PLED'er) og polymersolceller (PSC'er), med verdensrekord høj ydeevne, gennem en enkel og billig proces.

Betydelige forbedringer i enhedens ydeevne af polymerbaserede optoelektroniske enheder rapporteres i dag af forskere fra Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Sydkorea. Det nye plasmoniske materiale, kan anvendes på både polymere lysdioder (PLED'er) og polymersolceller (PSC'er), med verdensrekord høj ydeevne, gennem en enkel og billig proces.

De modsatte krav fra disse enheder betyder, at der er få metalnanopartikler, der kan forbedre ydeevnen i PLED'er og PSC'er på samme tid.

De fleste halvledende optoelektroniske enheder (OED'er), inklusive fotodioder, solceller, lysemitterende dioder (LED'er), og halvlederlasere, er baseret på uorganiske materialer. Eksempler omfatter galliumnitrid til lysemitterende dioder og silicium til solceller.

På grund af den begrænsede tilgængelighed af råmaterialer og den komplekse behandling, der kræves for at fremstille OED'er baseret på uorganiske materialer, omkostningerne ved fremstilling af enheder er stigende. Der er stor interesse for tyndfilm OED'er, der er lavet af alternative halvledere.

Blandt disse materialer, organiske halvledere har fået meget opmærksomhed til brug i næste generations OED'er på grund af potentialet for lavpris og stort område fremstilling ved hjælp af løsningsbehandling.

På trods af omfattende bestræbelser på at udvikle nye materialer og enhedsarkitekturer, der forbedrer disse enheders ydeevne, yderligere effektivitetsforbedringer er nødvendige, før der kan ske udbredt brug og kommercialisering af disse teknologier.

Materialet, der er udarbejdet af UNIST-forskerholdet, er let at syntetisere med basisudstyr og har en lavtemperatur-opløsningsprocesserbarhed. Denne løsning ved lav temperatur bearbejdelighed muliggør rulle-til-rulle masseproduktionsteknikker og er velegnet til trykte elektroniske enheder.

"Vores arbejde er også vigtigt, fordi det foregriber realiseringen af ​​elektrisk drevne laserenheder ved at bruge carbon dot*-understøttede sølvnanopartikler (CD-Ag NP'er) som plasmoniske materialer." siger prof. Byeong-Su Kim. "Materialet tillader betydelig strålingsemission og yderligere lysabsorption, fører til bemærkelsesværdigt forbedret strømeffektivitet."

Overfladeplasmonresonans er en elektromagnetisk bølge, der udbreder sig langs overfladen af ​​et tyndt metallag og den kollektive oscillation af elektroner i et fast stof eller væske stimuleret af indfaldende lys. SPR er grundlaget for mange standardværktøjer til måling af adsorption af materialer på plane metaloverflader (typisk guld og sølv) eller på overfladen af ​​metalnanopartikler.

Holdet demonstrerede effektive PLED'er og PSC'er ved hjælp af overfladeplasmonresonansforbedring med CD-Ag NP'er. PLED'erne opnåede en bemærkelsesværdig høj strømeffektivitet (fra 11,65 til 27,16 cd A-1) og lysudbytte (LE) (fra 6,33 til 18,54 lm W-1).

PSC'er produceret på denne måde viste forbedret effektkonverteringseffektivitet (PCE) (fra 7,53 til 8,31%) og intern kvanteeffektivitet (IQE) (fra 91 til 99% ved 460 nm). LE (18,54 lm W-1) og IQE (99%) er blandt de højeste værdier, der er rapporteret til dato i fluorescerende PLED'er og PSC'er, henholdsvis.

"Disse betydelige forbedringer i enhedens effektivitet viser, at overflade Plasmon-resonansmaterialer udgør en alsidig og effektiv vej til at opnå højtydende polymer-LED'er og polymersolceller, " sagde prof. Jin Young Kim. "Denne tilgang viser løfte som en rute for realisering af elektrisk drevne polymerlasere."

Medforskerne inkluderer Hyosung Choi, Seo-Jin Ko, Yuri Choi, Taehyo Kim, Boram Lee, og prof. Myung Hoon Song fra UNIST, og forskere fra Chungnam National University, Pusan ​​National University, og Gwangju Institut for Videnskab og Teknologi.

Denne forskning blev støttet af et WCU (World Class University) program gennem Korea Science and Engineering Foundation finansieret af undervisningsministeriet, Videnskab og teknologi, National Research Foundation of Korea Grant, Korea Healthcare Technology R&D Project, Sundheds- og Velfærdsministeriet, Korea og det internationale samarbejde mellem Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning (KETEP) tilskud finansieret af det koreanske regeringsministerium for vidensøkonomi.

*Carbon-dot:Carbon dots (CD'er) består af kulstof, brint, og oxygen med en kvasi-sfærisk struktur, hvor kulstoffet viser karakter af krystallinsk grafit.