Los diodos orgánicos extraordinariamente gruesos que emiten luz resuelven los problemas persistentes

El nuevo enfoque alivia las restricciones de fabricación y mejora el ángulo de visión con poco efecto en el rendimiento

02.08.2019

William J. Potscavage Jr., Kyushu University

Un diodo emisor de luz orgánico de prueba (OLED) que incorpora capas gruesas de perovskita híbrida emite luz verde. Los investigadores de la Universidad de Kyushu diseñaron el dispositivo para que tuviera capas gruesas de perovskita alrededor de una capa emisora orgánica, lo que resulta en un grosor total de las capas activas que es aproximadamente 20 veces mayor que el de los OLED tradicionales. El uso de capas más gruesas puede facilitar las restricciones de fabricación y mejorar el ángulo de visión. Tal enfoque no era práctico con capas sólo orgánicas debido a su resistencia eléctrica extremadamente alta, por lo que los investigadores recurrieron a las perovskitas, que pueden ser altamente conductivas y transparentes a la vez que compatibles con los orgánicos y fabricadas a partir de materiales de partida de bajo coste.

Mediante la combinación de capas orgánicas delgadas con capas gruesas de perovskita híbrida, los investigadores de la Universidad de Kyushu en Japón han desarrollado diodos orgánicos de emisión de luz de espesor micrométrico que podrían mejorar la asequibilidad y los ángulos de visión de las pantallas y televisores de alto rendimiento en un futuro próximo.

Los diodos orgánicos emisores de luz (OLED) utilizan capas de moléculas orgánicas para convertir eficientemente la electricidad en luz. Las moléculas, aunque grandes emisores, son generalmente malos conductores eléctricos, así que el nombre del juego ha sido delgado - como en 100 nm, o alrededor de 1/500 el grosor de un cabello humano. Sólo mediante el uso de capas tan finas puede la electricidad llegar fácilmente al lugar donde se produce la emisión en el centro de los dispositivos.

Mientras que las capas extremadamente delgadas se benefician de necesitar sólo una pequeña cantidad de material, el uso de películas tan delgadas complica la fabricación fiable de millones de píxeles, ya que los defectos extremadamente pequeños pueden causar fallos en el dispositivo. Además, la reflexión de la luz entre el frente y la parte posterior de las capas delgadas a menudo resulta en interacciones -llamadas efectos de cavidad- que distorsionan ligeramente el color de emisión en grandes ángulos de visión.

Por lo tanto, el reto ha sido hacer los dispositivos más gruesos, evitando los inconvenientes de los orgánicos. Para ello, los investigadores de la Universidad de Kyushu recurrieron a una clase alternativa de materiales llamados perovskitas, que se definen por su estructura cristalina distinta.

"Aunque las perovskitas han atraído recientemente una gran cantidad de atención como capas absorbentes de luz en las células solares, algunas perovskitas son en realidad transparentes a la vez que altamente conductoras", dice Toshinori Matsushima, profesor asociado del Instituto Internacional para la Investigación de Energía Neutra al Carbono de la Universidad de Kyushu e investigador principal en el documento Nature que anuncia los nuevos resultados.

"Además, las perovskitas basadas en una mezcla de componentes orgánicos e inorgánicos pueden ser procesadas a partir de materias primas de bajo coste utilizando los mismos procesos de fabricación que las orgánicas, lo que hace de las perovskitas y las orgánicas una combinación perfecta".

En sus dispositivos, los investigadores intercalaron una capa emisora de moléculas típicamente usadas en OLEDs entre capas de perovskita con un espesor total de 2,000 nm. Los dispositivos resultantes tienen capas activas que son 10 veces más gruesas que los OLED típicos, aunque todavía una fracción del ancho de un cabello humano.

Los dispositivos gruesos mostraban eficiencias similares a las de los OLEDs finos de referencia, a la vez que tenían el mismo color desde todos los ángulos de visión. Por otro lado, los OLEDs basados en capas orgánicas gruesas no emiten luz a voltajes de operación similares.

"Estos resultados ponen fin a 30 años de pensar que los OLEDs se limitan a películas delgadas y abren nuevos caminos para la fabricación de pantallas e iluminación de bajo coste, fiables y uniformes basadas en OLEDs", dice el Prof. Chihaya Adachi, director del Centro de Fotónica Orgánica e Investigación Electrónica de la Universidad de Kyushu.

Aunque los investigadores también han estado tratando de usar perovskitas directamente como emisores de luz, la vida útil de los dispositivos ha sido corta hasta ahora. Al mantener el proceso de emisión en los materiales orgánicos y utilizar perovskitas sólo para el transporte de electricidad, el equipo de Kyushu consiguió una vida útil similar tanto para los dispositivos gruesos como para los OLED de referencia.

"Basado en este trabajo, las perovskitas serán vistas bajo una nueva luz como materiales versátiles y de alto rendimiento para apoyar roles no sólo en OLEDs sino también en otros dispositivos electrónicos orgánicos, tales como láseres, dispositivos de memoria y sensores", predice Adachi.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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