Российские ученые создали уникальный метод создания органических диодов

Исследователи Национального исследовательского ядерного университета \"МИФИ\" создали уникальный метод виртуального конструирования органических светодиодов.

По мнению авторов исследования, новая технология, основанная на квантовой химии, значительно сократит время, необходимое для создания и вывода на рынок новых OLED-устройств, высококачественных дисплеев и источников света. Результаты исследования опубликованы в Журнал физической химии A.

Органические светоизлучающие диоды (OLED) - это многообещающая область полупроводниковой наноэлектроники, обеспечивающая компактные, недорогие и высокоэффективные источники света и пиксели отображения.

По мнению ученых МИФИ, метод отбора излучающих молекул, основанный на квантово-химических расчетах, значительно ускорит и упростит создание различных OLED третьего поколения, переведя это в область компьютерного моделирования.

«Мы пересмотрели принципы молекулярного дизайна излучателя, проанализировав молекулу 4,5-бис (карбазол-9-ил) -1,2-дицианобензола (2CzPN), действующего лидера по эффективности. «Изучив разнонаправленные процессы, характерные для этой молекулы и других органических полупроводников, мы определили ключевые особенности их структуры, которые способствуют эффективной люминесценции», - пояснила Александра Фрейдзон, доцент НИСПИ МИФИ, кандидат химических наук.

Излучение света в OLED происходит из-за явления рекомбинации: столкновения носителей противоположных зарядов, электронов и так называемых дырок, которые представляют собой молекулы или атомы без электрона.

Квантовая эффективность OLED первого поколения была ниже 25%, в то время как в OLED третьего поколения, над которыми в настоящее время работают ученые, уже можно использовать 100% электронно-дырочных пар. Это возможно благодаря использованию одного из внутримолекулярных процессов, термически активируемой замедленной флуоресценции (ТАДФ).

Ранее считалось, что эффективный ТАДФ-излучатель состоит из двух частей, взаимодействие между которыми должно быть минимальным. Однако ученые МИФИ говорят, что они установили ряд свойств, которыми должен обладать материал, чтобы его излучение могло эффективно конкурировать с неэмиссионными процессами.

«Мы единственные, кому удалось применить квантово-химический метод, который очень точно определяет положение энергетических уровней молекулы. Это критически важно в теории ТАДФ, поскольку ошибки в позициях уровней качественно меняют всю картину. Более того, нам удалось собрать воедино все процессы, ведущие к TADF и конкурирующие с ними, а также оценить их скорость в рамках единой модели без дополнительных приближений », - сказала Александра Фрейдзон.

По мнению ученых МИФИ, компьютерная проверка материалов с четкими критериями отбора поможет резко сократить объем экспериментальных работ и ускорить открытие и запуск эффективных новых OLED-излучателей третьего поколения.

По мнению авторов исследования, используемый ими квантово-химический метод требует сложных расчетов, но полученные данные позволят откалибровать и улучшить качество более простых и дешевых методов исследования органических полупроводников.
Работа выполнена совместно с Центром фотохимии РАН в рамках гранта Российского научного фонда № 19-13-00383. Исследовательская группа в настоящее время разрабатывает элементы ИИ, которые помогут обрабатывать наборы данных для более эффективной проверки.
Источник