I diodi organici a emissione di luce (OLED) sono ampiamente utilizzati nella tecnologia dei display e vengono anche studiati per applicazioni di illuminazione. Una comprensione completa di questi dispositivi è quindi importante se le loro proprietà devono essere sfruttate al massimo del loro potenziale. I ricercatori dell'Università di Tsukuba hanno osservato direttamente la dinamica degli elettroni fotoeccitati in una pellicola organica utilizzando la microscopia a emissione di fotoelettroni risolta nel tempo. I loro risultati sono pubblicati in Materiali ottici avanzati .

I display OLED sono popolari perché sono luminosi, leggero, e non consumare molta energia. La loro uscita viene generata quando un eccitone, una combinazione di un elettrone e una lacuna elettronica, rilascia la sua energia. Però, questa versione non è possibile per tutti gli eccitoni OLED, il che rende la loro efficienza complessiva bassa.

Per ovviare a questa limitazione, i ricercatori si stanno concentrando sugli OLED che mostrano fluorescenza ritardata attivata termicamente (TADF-OLED), che mostrano efficienze fino al 100%.

Però, i dettagli della dinamica degli elettroni che influenzano le loro prestazioni non sono completamente compresi. I tentativi di saperne di più hanno utilizzato modelli mal definiti, il che significa che i risultati sono stati difficili da interpretare e applicare ad altri sistemi.

I ricercatori si sono concentrati su un singolo componente, film allo stato solido di un materiale noto come 4CzIPN e lo ha studiato utilizzando la microscopia elettronica a fotoemissione risolta nel tempo (TR-PEEM). Hanno confrontato le loro scoperte con le osservazioni effettuate utilizzando il metodo della fotoluminescenza risolta nel tempo (TR-PL) più comunemente usato per cercare di stabilire dettagli del processo di decadimento che erano precedentemente sconosciuti.

"Le pellicole a stato solido sono materiali eccellenti per gli OLED perché semplificano il processo di fabbricazione del dispositivo, ridurre il degrado che spesso si vede, e mostrano eccellenti efficienze quantistiche, ", spiega l'autore corrispondente dello studio, il professor Yoichi Yamada. "Il problema è che ancora non capiamo appieno cosa sta succedendo agli eccitoni, quindi c'è la possibilità che potremmo renderli ancora migliori".

I ricercatori hanno rilevato con successo la dinamica degli elettroni fotoeccitati del film a stato solido TADF utilizzando TR-PEEM. E confrontando i risultati di TR-PL hanno identificato gli elettroni di lunga durata che credono siano stati formati dalla dissociazione degli eccitoni.

Hanno scoperto che fino al 4% degli eccitoni formati può dissociarsi e rimanere intrappolati nel film. Pochissime prove per questo sono state notate usando altre tecniche.

"Oltre a rilevare una caratteristica del decadimento degli eccitoni nei TADF-OLED che non è stata osservata direttamente fino ad oggi, abbiamo anche dimostrato il potenziale del metodo TR-PEEM, " Spiega il professor Yamada. "Riteniamo che i nostri risultati daranno un contributo significativo allo sviluppo di prodotti basati su OLED efficienti".