Τροποποίηση της καθόδου σε οργανικές διατάξεις εκπομπής φωτός με την προσθήκη χρωστικών ως διεπιφανειακά υμένια για αύξηση της απόδοσης
Οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός (Organic Light Emitting Diodes, OLEDs) αποτελούνται από ένα ή περισσότερα οργανικά υμένια, τα οποία βρίσκονται μεταξύ δύο ηλεκτροδίων που αποτελούν την άνοδο και την κάθοδο της τελικής διάταξης. Ένα διαφανές ηλεκτρόδιο χρησιμοποιείται ως άνοδος, καθώς από εκεί εξάγ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/15859 |
| id |
nemertes-10889-15859 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός Ηλεκτροφωταύγεια Υμένια εκπομπής Organic light emitting diodes |
| spellingShingle |
Οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός Ηλεκτροφωταύγεια Υμένια εκπομπής Organic light emitting diodes Τουρλούκη, Κωνσταντίνα Τροποποίηση της καθόδου σε οργανικές διατάξεις εκπομπής φωτός με την προσθήκη χρωστικών ως διεπιφανειακά υμένια για αύξηση της απόδοσης |
| description |
Οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός (Organic Light Emitting Diodes, OLEDs) αποτελούνται από ένα ή περισσότερα οργανικά υμένια, τα οποία βρίσκονται μεταξύ δύο ηλεκτροδίων που αποτελούν την άνοδο και την κάθοδο της τελικής διάταξης. Ένα διαφανές ηλεκτρόδιο χρησιμοποιείται ως άνοδος, καθώς από εκεί εξάγεται το παραγόμενο φως, ενώ για την κάθοδο χρησιμοποιείται ένα μέταλλο. Η αρχή λειτουργίας μιας OLED βασίζεται στο φαινόμενο της ηλεκτροφωταύγειας. Αρχικά εφαρμόζεται διαφορά δυναμικού στα δύο ηλεκτρόδια που προαναφέρθηκαν. Έτσι, ηλεκτρόνια εγχέονται από την κάθοδο και οπές από την άνοδο προς το ενεργό υμένιο (υμένιο εκπομπής) σχηματίζοντας ένα εξιτόνιο, δηλαδή μια διεγερμένη κατάσταση. Όταν το εξιτόνιο αποδιεγερθεί έχουμε εκπομπή ακτινοβολίας, δηλαδή φωτός.
Για τη βελτίωση της απόδοση μιας OLED, πρέπει να αυξηθεί αφενός η διευκόλυνση των φορέων (οπές και ηλεκτρόνια) να διασχίσουν όποια ενδιάμεσα στρώματα υπάρχουν και να φτάσουν στο ενεργό στρώμα για να επανασυνδεθούν, να δημιουργήσουν εξιτόνια και αυτά να αποδιεγερθούν εκπέμποντας φως, και αφετέρου να αυξηθεί ο αρχικός πολλαπλασιασμός των φορέων. Μία από τις κύριες στρατηγικές αύξησης της απόδοσης μιας OLED αποτελεί η τροποποίηση των ηλεκτροδίων με διεπιφανειακά υμένια.
Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η τροποποίηση της καθόδου μιας OLED. Ειδικότερα, επιλέγοντας εύκολες τεχνικές (όπως η μηχανική περιστοφή, spin-coating), κατασκευάστηκαν διατάξεις οργανικών διόδων εκπομπής φωτός με προσθήκη των χρωστικών ουσιών DANS και DMA-DPH ως διεπιφανειακά υμένια ανάμεσα στο ενεργό στρώμα και το ηλεκτρόδιο της καθόδου. Επιπλέον, στις ίδιες ακριβώς συνθήκες κατασκευάστηκαν διατάξεις που δεν περιείχαν υμένια χρωστικών και χρησιμοποιήθηκαν για λόγους σύγκρισης (διατάξεις αναφοράς).
Μια σειρά τεχνικών χαρακτηρισμού εφαρμόστηκαν στις πειραματικές διατάξεις, προκειμένου να προσδιοριστούν τα χαρακτηριστικά τους και να ερμηνευτούν οι μηχανισμοί που λαμβάνουν χώρα εντός τους. Συγκεκριμένα πάρθηκαν φάσματα απορρόφησης υπεριώδους-ορατού και φωτοφωταύγειας, έγιναν μετρήσεις κυκλικής βολταμετρίας και ακολούθησε ηλεκτρικός χαρακτηρισμός (σχέσεις πυκνότητας ρεύματος, φωτεινότητας, φωτεινής απόδοσης και απόδοσης ισχύος με την τάση και φάσματα ηλεκτροφωταύγειας) των OLEDs.
Οι τεχνικές χαρακτηρισμού έδειξαν πως η ενσωμάτωση των DANS και DMA-DPH στις OLEDs οδήγησε σε σημαντική αύξηση της απόδοσής τους, σε σύγκριση με αυτήν της διάταξης αναφοράς. Για τη χρωστική ουσία DANS η μέγιστη αύξηση της φωτεινής απόδοσης που παρατηρήθηκε ήταν περίπου 100%, ενώ στην περίπτωση της DMA-DPH άγγιξε το 45%. Τέλος, προτάθηκε μηχανισμός για την εξήγηση της αύξησης της απόδοσης, στηριζόμενος στη δημιουργία ενός διεπιφανειακού ηλεκτρικού συμπλόκου μεταξύ του ενεργού στρώματος και της χρωστικής ουσίας που ευνοεί τις ακτινοβολητικές επανασυνδέσεις και, τελικά, την εκπομπή φωτός. |
| author2 |
Tourlouki, Konstantina |
| author_facet |
Tourlouki, Konstantina Τουρλούκη, Κωνσταντίνα |
| author |
Τουρλούκη, Κωνσταντίνα |
| author_sort |
Τουρλούκη, Κωνσταντίνα |
| title |
Τροποποίηση της καθόδου σε οργανικές διατάξεις εκπομπής φωτός με την προσθήκη χρωστικών ως διεπιφανειακά υμένια για αύξηση της απόδοσης |
| title_short |
Τροποποίηση της καθόδου σε οργανικές διατάξεις εκπομπής φωτός με την προσθήκη χρωστικών ως διεπιφανειακά υμένια για αύξηση της απόδοσης |
| title_full |
Τροποποίηση της καθόδου σε οργανικές διατάξεις εκπομπής φωτός με την προσθήκη χρωστικών ως διεπιφανειακά υμένια για αύξηση της απόδοσης |
| title_fullStr |
Τροποποίηση της καθόδου σε οργανικές διατάξεις εκπομπής φωτός με την προσθήκη χρωστικών ως διεπιφανειακά υμένια για αύξηση της απόδοσης |
| title_full_unstemmed |
Τροποποίηση της καθόδου σε οργανικές διατάξεις εκπομπής φωτός με την προσθήκη χρωστικών ως διεπιφανειακά υμένια για αύξηση της απόδοσης |
| title_sort |
τροποποίηση της καθόδου σε οργανικές διατάξεις εκπομπής φωτός με την προσθήκη χρωστικών ως διεπιφανειακά υμένια για αύξηση της απόδοσης |
| publishDate |
2022 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/15859 |
| work_keys_str_mv |
AT tourloukēkōnstantina tropopoiēsētēskathodouseorganikesdiataxeisekpompēsphōtosmetēnprosthēkēchrōstikōnōsdiepiphaneiakaymeniagiaauxēsētēsapodosēs AT tourloukēkōnstantina cathodemodificationusingchromophoresinorganiclightemittingdiodesforimprovedperformance |
| _version_ |
1799945003671224320 |
| spelling |
nemertes-10889-158592022-09-06T05:13:14Z Τροποποίηση της καθόδου σε οργανικές διατάξεις εκπομπής φωτός με την προσθήκη χρωστικών ως διεπιφανειακά υμένια για αύξηση της απόδοσης Cathode modification using chromophores in organic light emitting diodes for improved performance Τουρλούκη, Κωνσταντίνα Tourlouki, Konstantina Οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός Ηλεκτροφωταύγεια Υμένια εκπομπής Organic light emitting diodes Οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός (Organic Light Emitting Diodes, OLEDs) αποτελούνται από ένα ή περισσότερα οργανικά υμένια, τα οποία βρίσκονται μεταξύ δύο ηλεκτροδίων που αποτελούν την άνοδο και την κάθοδο της τελικής διάταξης. Ένα διαφανές ηλεκτρόδιο χρησιμοποιείται ως άνοδος, καθώς από εκεί εξάγεται το παραγόμενο φως, ενώ για την κάθοδο χρησιμοποιείται ένα μέταλλο. Η αρχή λειτουργίας μιας OLED βασίζεται στο φαινόμενο της ηλεκτροφωταύγειας. Αρχικά εφαρμόζεται διαφορά δυναμικού στα δύο ηλεκτρόδια που προαναφέρθηκαν. Έτσι, ηλεκτρόνια εγχέονται από την κάθοδο και οπές από την άνοδο προς το ενεργό υμένιο (υμένιο εκπομπής) σχηματίζοντας ένα εξιτόνιο, δηλαδή μια διεγερμένη κατάσταση. Όταν το εξιτόνιο αποδιεγερθεί έχουμε εκπομπή ακτινοβολίας, δηλαδή φωτός. Για τη βελτίωση της απόδοση μιας OLED, πρέπει να αυξηθεί αφενός η διευκόλυνση των φορέων (οπές και ηλεκτρόνια) να διασχίσουν όποια ενδιάμεσα στρώματα υπάρχουν και να φτάσουν στο ενεργό στρώμα για να επανασυνδεθούν, να δημιουργήσουν εξιτόνια και αυτά να αποδιεγερθούν εκπέμποντας φως, και αφετέρου να αυξηθεί ο αρχικός πολλαπλασιασμός των φορέων. Μία από τις κύριες στρατηγικές αύξησης της απόδοσης μιας OLED αποτελεί η τροποποίηση των ηλεκτροδίων με διεπιφανειακά υμένια. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η τροποποίηση της καθόδου μιας OLED. Ειδικότερα, επιλέγοντας εύκολες τεχνικές (όπως η μηχανική περιστοφή, spin-coating), κατασκευάστηκαν διατάξεις οργανικών διόδων εκπομπής φωτός με προσθήκη των χρωστικών ουσιών DANS και DMA-DPH ως διεπιφανειακά υμένια ανάμεσα στο ενεργό στρώμα και το ηλεκτρόδιο της καθόδου. Επιπλέον, στις ίδιες ακριβώς συνθήκες κατασκευάστηκαν διατάξεις που δεν περιείχαν υμένια χρωστικών και χρησιμοποιήθηκαν για λόγους σύγκρισης (διατάξεις αναφοράς). Μια σειρά τεχνικών χαρακτηρισμού εφαρμόστηκαν στις πειραματικές διατάξεις, προκειμένου να προσδιοριστούν τα χαρακτηριστικά τους και να ερμηνευτούν οι μηχανισμοί που λαμβάνουν χώρα εντός τους. Συγκεκριμένα πάρθηκαν φάσματα απορρόφησης υπεριώδους-ορατού και φωτοφωταύγειας, έγιναν μετρήσεις κυκλικής βολταμετρίας και ακολούθησε ηλεκτρικός χαρακτηρισμός (σχέσεις πυκνότητας ρεύματος, φωτεινότητας, φωτεινής απόδοσης και απόδοσης ισχύος με την τάση και φάσματα ηλεκτροφωταύγειας) των OLEDs. Οι τεχνικές χαρακτηρισμού έδειξαν πως η ενσωμάτωση των DANS και DMA-DPH στις OLEDs οδήγησε σε σημαντική αύξηση της απόδοσής τους, σε σύγκριση με αυτήν της διάταξης αναφοράς. Για τη χρωστική ουσία DANS η μέγιστη αύξηση της φωτεινής απόδοσης που παρατηρήθηκε ήταν περίπου 100%, ενώ στην περίπτωση της DMA-DPH άγγιξε το 45%. Τέλος, προτάθηκε μηχανισμός για την εξήγηση της αύξησης της απόδοσης, στηριζόμενος στη δημιουργία ενός διεπιφανειακού ηλεκτρικού συμπλόκου μεταξύ του ενεργού στρώματος και της χρωστικής ουσίας που ευνοεί τις ακτινοβολητικές επανασυνδέσεις και, τελικά, την εκπομπή φωτός. Organic Light Emitting Diodes (OLEDs) consist of one or more stacked organic thin films between two electrodes. These two electrodes form the anode and the cathode of the final device. A transparent electrode is used as the anode, as the produced light is extracted from there, while for the cathode a plain metal is used. OLED’s operation principle is based on the electroluminescence phenomenon. A potential difference is applied to both electrodes abovementioned. Thus, carriers are injected (electrons from the cathode and holes from the anode) into the active layer (emission film), forming an exciton, i.e. an excited state. When the exciton is de-excited, radiative emission occurs and light is extracted from the transparent electrode. The performance improvement of an OLED is a multifactorial process. On the one hand, it is essential to make it easier for both electrons and holes to pass through every interfacial film, reach the active layer to recombine, create excitons and, finally, produce light. On the other hand, increasing the initial number of carriers is decisive. One of the main strategies to increase the performance of an OLED is the electrodes’ modification using interfacial films. In the presented work, the modification of the cathode electrode in an OLED was studied. Choosing to use non-sophisticated techniques (e.g. spin-coating), OLEDs were fabricated, using dyes, namely DANS and DMA-DPH, as interfacial films between the active layer and the cathode electrode. In addition, devices which did not contain the dye films were fabricated under exactly the same conditions and used for comparison purposes (reference devices). Various characterization techniques were used to determine the experimental devices’ characteristics and to interpret the mechanisms that take place within them. Specifically, ultraviolet-visible absorbance and photoluminescence spectrums, cyclic voltammetry and electrical characterization measurements were taken. The integration of DANS and DMA-DPH in OLEDs led to a significant increase in performance compared to that of the reference device. The addition of DANS dye yielded an increase in luminous efficiency of about 100%, while in the case of DMA-DPH it reached 45%. After all, a mechanism explaining the increase in efficiency was proposed, based on the creation of an interfacial electroplex between the active layer and the additive dye film that enhances the number of radiative recombinations and, consequently, the light emission. 2022-02-28T11:49:00Z 2022-02-28T11:49:00Z 2021-02-22 http://hdl.handle.net/10889/15859 gr application/pdf |
