Takie rozwiązania nowej generacji, tworzone m.in. na bazie półprzewodników organicznych (OLED), zbudowane są z cienkich warstw (poniżej 100 nm), dzięki czemu zostały powszechnie zaadaptowane w wyświetlaczach urządzeń mobilnych, takich jak telefony i tablety. 

Perowskity w diodach

Przy okazji badań nad fotowoltaiką perowskitową okazało się, że również perowskity – przy drobnych modyfikacjach – mogą być użyte w diodach świecących.

– Pozwala to na tworzenie konkurencyjnych rozwiązań, mogących być alternatywą dla nawet najlepszych znanych obecnie rozwiązań pod względem wydajności, chromatyczności (czystości koloru), czy dowolności procesu nanoszenia w warunkach przemysłowych – wyjaśnia dr inż. Szymon Zelewski z WPPT.

Opracowaniem tej technologii zajęło się, w ramach projektu prof. Neila Greenhama z Uniwersytetu w Cambridge, kilka zespołów należących do grupy Optoelectronics w Laboratorium Cavendisha. Grupa ta od wielu lat wiedzie prym w dziedzinie rozwoju diod świecących nowej generacji. To tutaj powstały najczęściej cytowane w historii publikacje dotyczące tematyki OLED, zainicjowanej i kontynuowanej do dzisiaj przez prof. Sir Richarda Frienda z Uniwersytetu w Cambridge.

Międzynarodowy zespół, którego członkiem jest dr Szymon Zelewski, opracował diodę elektroluminescencyjną (LED) o wysokiej wydajności konwersji energii oraz jasności, w której warstwa emitująca światło wykonana jest z hybrydowego perowskitu (formamidyniowy jodek ołowiu, FAPbI3).

– Pasywacja materiału za pomocą molekuły organicznej (MSPE) zwiększyła jego intensywność luminescencji przez zneutralizowanie defektów materiału wpływających niekorzystnie na jego właściwości, a jednocześnie usprawniła transport nośników ładunku (elektronów i dziur) między warstwą perowskitu a sąsiadującymi warstwami, służącymi jako elektrody – mówi badacz z W11.

Doprowadziło to do uzyskania jednych z rekordowych parametrów diod tego typu, co uznawane jest za znaczące osiągnięcie w dziedzinie nowych materiałów do konwersji energii, szczególnie w dobie kryzysu energetycznego.

W ramach swoich zadań dr Zelewski wykonał pomiary optyczne wykazujące tworzenie się dodatkowych stanów energetycznych na interfejsie między warstwami elektrod w „kanapkowej” strukturze LED.

– Są one odwzorowaniem pogorszonego przepływu prądu przez warstwę aktywną diody i wyemitowanie fotonów – mówi doktor z W11. – Zamiast tego wstrzykiwane nośniki ładunku zostają uwięzione i powodują straty energetyczne w postaci ciepła, stąd ich nazwa „stany pułapkowe”.

Ich obserwacja wymaga specjalnych metod eksperymentalnych, ponieważ stosunkowo słabo pochłaniają światło, co sprawia, że są poza zasięgiem klasycznych spektrometrów stosowanych w laboratoriach. Skuteczna okazała się w tym wypadku metoda defleksji fototermicznej (photothermal deflection spectroscopy, PDS). Polega ona na wzbudzeniu materiału światłem, a następnie detekcji jego zmian temperatury na powierzchni za pomocą wiązki laserowej. Lokalne podgrzanie specjalnej cieczy zmienia jej współczynnik załamania, prowadząc do zmiany kierunku wiązki.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Rynek

Diody IR pozwolą ocenić świeżość owoców i warzyw

Nowoczesne technologie wkraczają w różne sfery naszego życia i to coraz częściej takie, których byśmy nie podejrzewali o takie możliwości. Smartfony mogą np. zostać wyposażone w funkcję, która wykorzystując diody LED IR (na podczerwień) pozwoli ocenić świeżość owoców i warzyw.

– Na potrzeby projektu opracowałem również nową procedurę umożliwiającą badanie nanocząstek w roztworze, z którego wytwarzana jest warstwa służąca jako przeźroczysta elektroda. Dzięki temu udało się również pokazać związek między nieporządkiem strukturalnym materiału a wydajnością diody, dotychczas obserwowany powszechnie w ogniwach fotowoltaicznych – mówi dr Szymon Zelewski.

Miejsce, które inspiruje

Dr Szymon Zelewski przebywa na University of Cambridge od 2021 r. Realizuje tam dwuletni staż podoktorski dzięki otrzymanemu stypendium im. Bekkera od Narodowej Agencji Wymiany Akademickiej. Pracuje obecnie w zespole Optoelectronic Materials and Device Spectroscopy prowadzonym przez prof. Samuela Stranksa, laureata nagrody LEM Prize 2022.

W trakcie pobytu zdobywa również doświadczenie jako mentor w inicjatywach centrum kształcenia doktoranckiego z zakresu nanotechnologii (NanoDTC CDT, finansowane przez EPSRC).

– Już od pierwszej, krótkiej wizyty w Cambridge w 2018 r., wiedziałem, że chcę tutaj przyjechać na dłużej. Cały uniwersytet, ze swoją ponad 800-letnią historią oraz Laboratorium Cavendisha to niezwykle inspirujące miejsca. Zwiedzanie muzeum laboratorium jest niejako podróżą przez historię fizyki. W żadnym innym miejscu na świecie nie dokonano tylu znaczących odkryć prowadzących do rozwoju technologii, jak i rozwiązania zagadek świata. Od pierwszych eksperymentów Maxwella ze światłem, przez udowodnienie istnienia elektronu przez J.J. Thomsona za pomocą lamp znanych powszechnie ze starych telewizorów, krystalografię rentgenowską, aż do pionierskich badań z zakresu astronomii, ukoronowanych ostatnią nagrodą Nobla dla Didiera Queloza w 2019 r. – stwierdził dr Zelewski.

Badacz z Katedry Inżynierii Materiałów Półprzewodnikowych WPPT od ponad roku jest opiekunem laboratorium PDS w Cambridge. Aktualnie zajmuje się rozbudową układu eksperymentalnego oraz przygotowaniami do przenosin do nowego kompleksu laboratoryjnego Cavendish III na kampusie West Cambridge.

Źródło: Politechnika Wrocławska