Ученые нашли способ повысить эффективность работы OLED
Органическую пленку, молекулы которой можно ориентировать таким образом, чтобы создать «гигантский поверхностный потенциал» на поверхности, создали ученые из Центра исследований органической фотоники и электроники Университета Кюсю (OPERA), 26 августа сообщает сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу университета.
Исследователи предполагают использовать разработанный ими метод создания таких пленок для повышения эффективности органических светоизлучающих диодов, используемых в дисплеях и освещении, а также предложить его для разработки устройств, преобразующих вибрации в электричество.
Химическая универсальность углерода частично обусловлена неупорядоченным характером тонких пленок материалов, используемых в электронных устройствах. В отличие от обычной неорганической электроники, создаваемой на основе атомов кремния, которые тесно связаны в жесткие, четко организованные кристаллы, слои органических веществ обычно имеют аморфную структуру.
При этом производительность органических оптоэлектронных и собирающих энергию устройств в значительной степени определяется именно ориентацией молекул и результирующим постоянным дипольным моментом, однако это свойство трудно контролировать во время приготовления органической пленки.
Несмотря на кажущуюся случайной организацию органических молекул, исследования, проведенные командой под руководством Масаки Танака, работавшего тогда в OPERA, показали, что некоторые из них имеют тенденцию выстраиваться в одинаковых направлениях.
Эти молекулы выравниваются таким образом, что большая часть их электронов размещается на одной стороне слоя, что приводит к так называемому поверхностному потенциалу, создающему электрическое поле.
Такое поле способно помочь зарядам попасть в устройство или выйти из него, что сделает его работу более эффективной, или создать новые электрические свойства пленки. Однако, как рассказали исследователи, найти способы контролировать формирование поля им было непросто.
Пленки, используемые в органической электронике, обычно имеют толщину несколько десятков нанометров и их часто постепенно наращивают путем нагревания органического порошка в вакууме так, чтобы он сразу переходит из твердого состояния в газообразное. Этот процесс называется сублимацией.
Когда молекулы сублимированного порошка достигают холодной поверхности, они прилипают к ней, образуя слой.
«В газовой фазе молекулы беспорядочно вращаются и сталкиваются друг с другом, поэтому они, вероятно, осаждаются на пленке в произвольном направлении, — рассказал член команды Морган Оффрей. — Однако мы обнаружили, что определенные молекулы с атомами фтора отталкиваются от поверхности осаждения. Включив эти звенья в молекулу, мы можем примерно выровнять осажденные молекулы так, чтобы фторированные звенья были обращены наружу».
Создавая дисбаланс зарядов на выровненных на поверхности молекулах, ученые сформировали так называемый поверхностный потенциал и результирующее электрическое поле.
«Поскольку осажденные молекулы и связанные с ними электрические поля имеют одинаковое направление, отдельные крошечные поля складываются, создавая гораздо большее общее поле, — пояснил Танака. — Мы не только можем получить относительно большее поле, но мы можем заставить его формироваться на поверхности».
Эти слои дают большой поверхностный потенциал порядка 10 В на пленке толщиной 100 нм. Такое большое напряжение при такой малой толщине создает сильное электрическое поле, которое может создавать положительные и отрицательные заряды в разных слоях таких устройств, как OLED, повышая общую эффективность преобразования энергии, или же использоваться для создания новых устройств.
Исследователи уже продемонстрировали, что такую пленку можно использовать в устройстве нового типа, преобразующем вибрации в электричество, но предстоит еще большая работа по разработке комерческого применения таких устройств.
«Наука продолжает показывать нам новые способы управления электрическими процессами во всё меньшем и меньшем масштабе путем объединения атомов в органические молекулы, — говорит Чихая Адачи, директор OPERA. — Это исследование дополняет наш набор инструментов, который позволит создавать новые устройства по мере дальнейших исследований».
Результаты работы ученых были представлены ими в статье «Спонтанное образование метастабильной ориентации с хорошо организованным постоянным дипольным моментом в органических стеклообразных пленках», опубликованной в журнал Nature Materials.
