EurekAlert - объявляет: примеси повышают эффективность полимерных светодиодов

Новое исследование, опубликованное в EPJ B, показывает, что более высокая, чем ожидалось, эффективность PLED может быть достигнута за счет взаимодействия между триплетными экситонами и примесями, встроенными в их полимерные слои. Моделирование молекулярной динамики показало, что загадочно высокая эффективность полимерных светодиодов возникает из-за взаимодействия между триплетными экситонами в их полимерных цепях и неспаренными электронами в их молекулярных примесях.

Полимерные светодиоды (PLED) - это устройства, содержащие одинарные слои люминесцентных полимеров, зажатые между двумя металлическими электродами. Они излучают свет, поскольку металлические слои вводят в полимер электроны и дырки, создавая искажения, которые могут объединяться с образованием двух разных типов электронно-дырочных пар: либо светоизлучающих «синглетов», либо неизлучающих «троек». Предыдущие теории предполагали, что соотношение между этими двумя типами должно быть около 1: 3, что даст эффективность излучения света 25%.

Однако последующие эксперименты показали, что реальное значение может достигать 83%. В новом исследовании, опубликованном в EPJ B, физики из Китая во главе с Ядонгом Вангом из Северного университета Хэбэй обнаружили, что эта более высокая, чем ожидалось, эффективность может быть достигнута за счет взаимодействия между триплетными экситонами и примесями, встроенными в полимер.

Благодаря своей научной и коммерческой ценности, PLED становятся все более популярной областью исследований. Открытия команды Вана теперь могут привести к более широкому применению устройств в будущем.

Известно, что внутри полимерных слоев PLED экситоны образуются в результате рекомбинации «поляронов» - искажений электрических зарядов, которые образуются и исчезают по мере движения электронов через твердые материалы. Однако должны быть задействованы и другие механизмы, чтобы объяснить, почему их эффективность люминесценции намного выше, чем предсказывали предыдущие теории. Одно из предложений предполагает, что на их электрические и оптические свойства PLED сильно влияют неспаренные электроны, захваченные в молекулярных примесях.

Ван и его коллеги исследовали эту идею с помощью моделирования молекулярной динамики, которое позволило им воссоздать столкновения между неизлучающим триплетным экситоном в полимерной цепи и неспаренным примесным электроном. Их расчеты показали, что светоизлучающие синглетные экситоны являются одними из основных продуктов этой реакции; при этом их общая пропорция зависит от размера примеси и степени ее связывания с полимерной цепью. Впервые результат предлагает убедительные доказательства того, что примеси могут значительно повысить эффективность PLED, и предлагает новые подсказки о задействованных молекулярных механизмах.