Flexible LEC-Komponenten für effiziente Lichtemission

Forscher der Universität Umeå und der Universität Uppsala haben eine neue Methode zur Steuerung der Lichtemission von lichtemittierenden elektrochemischen Zellen, kurz LEC, entwickelt. Die Studie ist erschienen in Fortgeschrittene Werkstoffe.

Die LEC-Lichtquelle ist extrem dünn, flexibel und leicht und kann jetzt durch einfache und kostengünstige Änderungen an den Materialien in der aktiven Schicht leicht modifiziert werden, um bis zu 60 % effizienter zu sein.

„Wir zeigen, dass man die Position, an der Licht in der aktiven Schicht gebildet wird, durch rationale Änderungen in der Materialzusammensetzung steuern kann“, sagt Joan Ràfols-Ribé, Postdoktorand am Institut für Physik der Universität Umeå.

LECs sind lumineszierende Vorrichtungen, die als Reaktion auf einen elektrischen Strom Licht emittieren. Sie bestehen typischerweise aus einer dünnen aktiven Schicht von 100 bis 500 nm (etwa 1.000-mal dünner als der Durchmesser eines menschlichen Haares) aus organischem Halbleitermaterial, das zwischen zwei Elektroden eingebettet ist, von denen eine reflektierend und die andere transparent ist, um das Licht durchzulassen .

Das charakteristische Merkmal von LECs ist, dass sie sich in eine lichtemittierende Struktur umorganisieren, die der Struktur der Leuchtdioden (LEDs) ähnelt, sobald eine Spannung zwischen den beiden Elektroden angelegt wird. Die Reorganisation erfolgt dank mobiler Ionen, die in der aktiven Schicht enthalten sind. Dank dieser Reorganisation ist es möglich, dass elektronische Ladungen von gegenüberliegenden Elektroden in die aktive Schicht eintreten und aufeinander zu wandern. Wo sich diese Ladungen (mit entgegengesetztem Vorzeichen) treffen, erzeugen sie Licht.

„Die Position, an der diese Lichtemission in der aktiven Schicht stattfindet, beispielsweise in der Mitte oder in der Nähe einer der Elektroden, ist sehr wichtig für die Effizienz und die Farbe des emittierten Lichts. Bisher hatte die LEC-Community sehr viel davon.“ wenig Kontrolle darüber, wo diese Lichtemission stattfindet, und haben ihren Einfluss etwas übersehen“, sagt Joan Ràfols-Ribé.

Jetzt zeigen Forscher der Universitäten Umeå und Uppsala, dass es möglich ist, die Position der Lichtemission durch rationale Änderungen der Materialzusammensetzung in der aktiven Schicht zu steuern. Die Forscher haben drei werkstofflich nahezu identische LECs hergestellt, jedoch mit deutlich unterschiedlichen Wirkungsgraden, die sich um bis zu 60 % unterscheiden. Dies wurde durch chemische Veränderungen am sogenannten Ionentransporter-Molekül erreicht, der Verbindung, die den Ionen hilft, sich innerhalb der aktiven Schicht zu bewegen. Diese Änderungen modifizieren die Fähigkeit der elektronischen Ladungen, sich durch das Material zu bewegen, was effektiv die Position ändert, wo sie sich innerhalb der aktiven Schicht treffen und dadurch das Licht erzeugt wird.

Stellen Sie sich zwei Züge vor, die gleichzeitig und aufeinander zu fahren, einer von Stockholm und einer von Umeå. Wenn die Züge die gleiche Geschwindigkeit haben, treffen sie sich in der Mitte – sagen wir Sundsvall. Aber wenn wir jetzt bewusst eine langsamere Lokomotive auf den Zug aus Stockholm setzen, werden sich die Züge näher an Stockholm treffen, wie etwa Gävle.

„In der Zuganalogie spielt es keine Rolle, wo sich die Züge treffen, aber in einem LEC hat es eine enorme Wirkung, und was uns gelungen ist, ist die Kontrolle darüber zu erlangen, wo sich die Züge (dh wo die Gebühren) treffen“, sagt Joan Ràfols -Ribé.

Die Take-Home-Botschaft der Studie ist, dass es möglich ist, die Position, an der Licht in einem LEC erzeugt wird, durch rationale und kostengünstige Modifikationen der Materialien in der aktiven Schicht zu steuern, was zu einem einfachen Weg zu einer höheren LEC-Leistung führt.