Сотрудники Физического института РАН им П. Н. Лебедева (ФИАН) и Московского государственного университета (МГУ) нашли способ продления срока жизни органических светодиодов (OLED). С этой целью учёные предлагают примешивать к органической основе долгоживущие нанокристаллы на основе халькогенидов кадмия. Эти неорганические люминесцентные точки не только избавят от работы быстро устающие органические хромофоры, но и значительно упростят технологию производства светодиода с нужным спектром излучения.
Органические светодиоды имеют несколько преимуществ по сравнению с иными светоизлучающими конструкциями. Во-первых, органическая химия весьма разнообразна, и подбор нужной длины волны излучения обусловливается лишь выбором вещества, во-вторых, для синтеза новых органических веществ не нужны сложные ростовые установки, как для лучевой эпитаксии или прецизионного осаждения. Однако не всё так безоблачно. Создание долговечных органических светодиодов из-за малого срока жизни непосредственно излучающих точек (хромофоров) на сегодня является проблемой. Физики из ФИАНа с помощью химиков из МГУ нашли способ устранения этого существенного недостатка.
«Мы предлагаем вместо органических хромофоров вводить неорганические люминесцентные центры — это центры на основе полупроводниковых нанокристаллов, — рассказывает один из авторов исследования Сергей Амброзевич (ФИАН). — В частности, нанокристаллы на основе халькогенидов кадмия обладают довольно прочными связями, и поэтому не разрушаются во время эксплуатации. Более того, эти нанокристаллы имеют очень интересное свойство: с изменением размеров объекта меняется и длина волны люминесценции, и для того, чтобы получить другую длину волны, достаточно лишь поменять размеры одного и того же вещества».
Технология изготовления органических светодиодов с внедренными неорганическими нанокристаллами практически ничем не отличается от технологии в случае чистой органики. С разницей в одно действие — к органическому полупроводнику предварительно примешиваются полупроводниковые нанокристаллы, синтезированные в виде коллоидного раствора (в данном случае командой химиков из МГУ под руководством кандидата химических наук Романа Васильева). Тогда получается, что проводящей частью получившегося состава является хорошо справляющаяся с этим органика, а люминесцирующей — долгоживущая неорганическая примесь. Однако для того, чтобы эта примесь люминесцировала, она должна уметь «завлекать» на свою территорию электроны и «дырки», и только после их рекомбинации выделится фотон люминесцентного излучения.
«Чтобы убедиться в том, что рекомбинация происходит, мы провели исследование подвижности носителей заряда в плёнках из полупроводниковой проводящей матрицы, легированной нашими кадмиевыми квантовыми точками, в частности, селенидом кадмия с оболочкой из сульфида кадмия и селенидом кадмия без оболочки, — продолжает г-н Амброзевич. — Каких-то специальных условий мы не создавали, всё проводилось в обычных условиях. Оказалось, что структура с оболочкой захватывает заряды и поэтому может излучать, в то время как чистый селенид кадмия захватывать заряд отказался».
Дело в том, что при покрытии нанокристалла оболочкой из материала с более широкой запрещённой зоной, чем у ядра, вероятность (и эффективность) люминесценции увеличивается, так как вероятность перехода электрона и «дырки» в центр, где находится потенциальная яма, гораздо больше вероятности перехода в безызлучательные состояния на поверхности. Однако это имеет смысл, если потенциальные ямы для обоих зарядов находятся в одном месте — в центре нанокристалла, тогда им, будучи окруженными потенциальным барьером, не остается ничего, кроме как рекомбинировать. Это первый тип гетероперехода в нанокристаллах, именно он и наблюдался в случае селенида кадмия с оболочкой из сульфида кадмия. Другое дело, если потенциальная яма для электрона находится, скажем, в ядре, а для «дырки» — на поверхности. В этом случае вероятность их встречи крайне мала, а значит, мала и вероятность люминесценции. Пример тому — исследованный учёными позже кадмий-теллур/кадмий-селен. Понятно, что для продления срока жизни OLED больше подходят нанокристаллы с первым типом гетероперехода.
Российские физики уверены, что кадмиевые квантовые точки интересны не только в составе OLED, но и сами по себе.
Вход на сайт