Υβριδικές οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός υψηλής απόδοσης με διεπιφανειακά υμένια σύνθετων μοριακών οξειδίων μετάλλων και μεταλλικών νανοσωματιδίων

• Κύριος συγγραφέας: Βερύκιος, Απόστολος
• Άλλοι συγγραφείς: Verykios, Apostolos
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός; Νανοσωμα΄τιδια πυρήνα- κελύφους; Πλασμόνια; Διεπιφανειακά υμένια; OLEDS; Interfacial layers; Metallic nanoparticles; Surface plasmon resonance

Οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός (Organic Light Emmiting Diodes, OLEDs) αποτελούνται από ένα ή περισσότερα οργανικά υμένια (πολυμερικά ή μη), τα οποία εναποτίθενται μεταξύ δύο ηλεκτροδίων. Την τελευταία δεκαετία, η τεχνολογία κατασκευής οργανικών διόδων εκπομπής φωτός έχει κάνει τεράστια άλματα προόδου, με αποτέλεσμα να είναι εμπορικά διαθέσιμες από αρκετές εταιρίες. Ωστόσο, η απόδοση και η σταθερότητα των οργανικών διατάξεων εξαρτάται τόσο από τις ιδιότητες των ενεργών υλικών όσο και από τις διεπιφάνιές τους με τα ηλεκτρόδια. Παρά τη ραγδαία εξέλιξη στο σχεδιασμό οργανικών υλικών και στη κατασκευή αποδοτικών διατάξεων, δεν έχει επιτευχθεί ακόμη αντίστοιχη βελτίωση στην τροποποίηση των διεπιφανειών ηλεκτροδίου/οργανικού υμενίου, με τα κριτήρια σχεδιασμού και τροποποίησης διεπιφανειών για την κατασκευή των διατάξεων να μην είναι σαφή. Ένα από τα βασικά ζητήματα για το σχεδιασμό των ηλεκτρικών επαφών στις οργανικές οπτοηλεκτρονικές διατάξεις είναι η κατανόηση της ευθυγράμμισης των ενεργειακών επιπέδων στις διεπιφάνιες ηλεκτροδίου/οργανικού ημιαγωγού. Για την επίτευξη αποτελεσματικής και ισορροπημένης έγχυσης και εξαγωγής φορέων φορτίου είναι απαραίτητη η ευθυγράμμιση του επιπέδου Fermi του ηλεκτροδίου με τις καταστάσεις μεταφοράς φορέων φορτίου του οργανικού ημιαγωγού. Γι’ αυτό το λόγο κρίνεται αναγκαία η ενσωμάτωση ενδιάμεσων υμενίων, που τροποποιούν τη διεπιφάνεια ηλεκτροδίου/οργανικού υμενίου και επιτυγχάνουν αποτελεσματικότερη ανταλλαγή φορέων μεταξύ των ηλεκτροδίων και των οργανικών μορίων. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, αρχικά μελετήθηκαν μεταλλικά νανοσωματίδια πυρήνα κελύφους με ελλειμματικές πολυοξομεταλλικές ενώσεις (Lacunary Polyoxometalates, POMs), ενσωματωμένα στο σύνηθες στρώμα εξαγωγής οπών σε διάφορε συγκεντρώσεις, PEDOT-PSS ως πολυλειτουργικά ενδιάμεσα υμένια, μεταξύ της ανόδου και του οργανικού ενεργού στρώματος, για ενίσχυση της απόδοσης, της των οργανικών διόδων εκπομπής φωτός. Ενσωματώνοντας στην πολυμερική μήτρα τα μεταλλικά νανοσωματίδια παρατηρήθηκε σημαντική αύξηση στην απόδοση. Στην συνέχεια, προχωρώντας την μελέτη για την αύξηση της απόδοσης των οργανικών διόδων εκπομπής φωτός μελετήθηκε η επίδραση της τροποποίησης του συμπολυμερούς PEDOT-PSS με 2 άλατα του τριφαινυσουλφωνίου (triphenylsulfonium salts, TPS) που αποτελούνται από το ίδιο κατίον και δύο διαφορετικά αντίθετα ανιόντα, συγκεκριμένα, το εξαφθοροαντιμονικό (hexafluoroantimonate, SBF6) και το τριφθορομεθυλοσουλφονικό (trifluoromethanesulfonate, triflate). Παρατηρήθηκες ενίσχυση της έγχυσής και μεταφοράς οπών καθώς και ακτινοβολιτική επανασύνδεση μέσω της δημιουργίας ενός διεπιφανειακού διεγερμένου συμπλόκου (exciplex). O τύπος του ανιόντος και η συγκέντρωση των TPS-Salts μέσα στο PEDOT-PSS παίζουν σημαντικό ρόλο στην απόδοση των διατάξεων OLED. Οι διατάξεις με το TPS-Triflate παρουσιάζουν τις καλύτερες αποδόσεις όχι μόνο στην μείωση του έργου εξόδου, αλλά και στην αύξηση της αγωγιμότητας του στρώματος έγχυσης οπών. Στην συνέχεια μελετήθηκε η χρήση μιας σειράς τροποποιημένων με ψευδάργυρο μεταλλωμένων μορίων πορφυρίνης, για χρήση ως τροποποιητές καθόδου που εναποτέθηκαν πάνω στο ενεργό στρώμα για ενίσχυση της απόδοσης οργανικών διόδων εκπομπής φωτός. Παρατηρήθηκε ευθυγράμμιση των ενεργειακών επιπέδων στην διεπιφάνεια της καθόδου, αποκαλύπτοντας ότι κατά την τροποποίησή της με τις πορφυρίνες υπάρχει μια σημαντική μείωση στον φραγμό δυναμικού έγχυσης ηλεκτρονίων. Όσον αναφορά για τον μηχανισμό τροποποίησης των ενεργειακών επιπέδων στην διεπιφάνεια, ο σχηματισμός ενός αρνητικού δίπολου διαμέσου της αυθόρμητης μεταφοράς διεπιφανειακών ηλεκτρονίων και της διπολικής ροπής των πορφυρινών είναι πιθανώς. Επιπλέον, οι πορφυρίνες δεν έχουν καμία επίδραση στην απόσβεση της εκπομπής στην διεπιφάνεια F8BT/Al , όπως αποκαλύπτεται από την χρονικά αναλυμένη φασματοσκοπία. Η ενσωμάτωση των πορφυρινών ως διεπιφανειακά υμένια μεταφοράς ηλεκτρονίων στις διατάξεις βελτίωσε σημαντικά τα ηλεκτροπτικά χαρακτηριστικά τους. Τέλος, μελετήθηκε η τροποποίηση της καθόδου με μια σειρά χρωστικών σε διαφορετικές συγκεντρώσεις. Η ενσωμάτωση των DANS και DMA-DPH ως διεπιφανειακά υμένια μεταξύ της καθόδου και του ενεργού στρώματος (F8BT) στις διατάξεις 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.