I ricercatori dell'UNIST segnalano un notevole miglioramento delle prestazioni dei dispositivi optoelettronici a base di polimeri. Pubblicato in Fotonica della natura oggi, il nuovo materiale plasmonico, può essere applicato sia a diodi emettitori di luce polimerici (PLED) che a celle solari polimeriche (PSC), con prestazioni da record mondiale, attraverso un processo semplice ed economico.

I ricercatori dell'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) hanno segnalato oggi un notevole miglioramento delle prestazioni dei dispositivi optoelettronici a base di polimeri. Corea del Sud. Il nuovo materiale plasmonico, può essere applicato sia a diodi emettitori di luce polimerici (PLED) che a celle solari polimeriche (PSC), con prestazioni da record mondiale, attraverso un processo semplice ed economico.

Le richieste contrarie di questi dispositivi significano che ci sono poche nanoparticelle metalliche in grado di migliorare le prestazioni di PLED e PSC allo stesso tempo.

La maggior parte dei dispositivi optoelettronici a semiconduttore (OED), inclusi fotodiodi, celle solari, diodi emettitori di luce (LED), e laser a semiconduttore, sono basati su materiali inorganici. Gli esempi includono nitruro di gallio per diodi emettitori di luce e silicio per celle solari.

A causa della limitata disponibilità di materie prime e della complessa lavorazione richiesta per produrre OED basati su materiali inorganici, il costo di fabbricazione del dispositivo è in aumento. C'è un grande interesse per gli OED a film sottile realizzati con semiconduttori alternativi.

Tra questi materiali, i semiconduttori organici hanno ricevuto molta attenzione per l'uso negli OED di nuova generazione a causa del potenziale per la fabbricazione a basso costo e su vasta area utilizzando l'elaborazione della soluzione.

Nonostante i grandi sforzi per sviluppare nuovi materiali e architetture di dispositivi che migliorano le prestazioni di questi dispositivi, sono necessari ulteriori miglioramenti in termini di efficienza, prima che possa essere diffuso l'uso e la commercializzazione di queste tecnologie.

Il materiale preparato dal team di ricerca dell'UNIST è facile da sintetizzare con l'attrezzatura di base e ha la lavorabilità della soluzione a bassa temperatura. Questa processabilità della soluzione a bassa temperatura consente tecniche di produzione di massa roll-to-roll ed è adatta per dispositivi elettronici stampati.

"Il nostro lavoro è significativo anche perché anticipa la realizzazione di dispositivi laser azionati elettricamente utilizzando nanoparticelle di argento supportate da punti di carbonio* (CD-Ag NP) come materiali plasmonici". dice ha detto il prof. Byeong-Su Kim. "Il materiale consente una significativa emissione radiativa e un ulteriore assorbimento della luce, portando a un'efficienza attuale notevolmente migliorata."

La risonanza plasmonica di superficie è un'onda elettromagnetica che si propaga lungo la superficie di un sottile strato metallico e l'oscillazione collettiva di elettroni in un solido o liquido stimolata dalla luce incidente. SPR è la base di molti strumenti standard per misurare l'adsorbimento di materiali su superfici metalliche planari (tipicamente oro e argento) o sulla superficie di nanoparticelle metalliche.

Il team ha dimostrato PLED e PSC efficienti utilizzando il miglioramento della risonanza plasmonica superficiale con CD-Ag NP. I PLED hanno raggiunto un'efficienza di corrente notevolmente elevata (da 11,65 a 27,16 cd A-1) e un'efficienza luminosa (LE) (da 6,33 a 18,54 lm W-1).

I PSC prodotti in questo modo hanno mostrato una maggiore efficienza di conversione di potenza (PCE) (dal 7,53 all'8,31%) e l'efficienza quantica interna (IQE) (dal 91 al 99% a 460 nm). Il LE (18,54 lm W-1) e l'IQE (99%) sono tra i valori più alti riportati fino ad oggi nei PLED e PSC fluorescenti, rispettivamente.

"Questi miglioramenti significativi nell'efficienza del dispositivo dimostrano che i materiali di risonanza plasmonica di superficie costituiscono un percorso versatile ed efficace per ottenere LED polimerici ad alte prestazioni e celle solari polimeriche, " ha affermato il prof. Jin Young Kim. "Questo approccio si mostra promettente come percorso per la realizzazione di laser polimerici azionati elettricamente".

I colleghi ricercatori includono Hyosung Choi, Seo Jin Ko, Yuri Choi, Taehyo Kim, Boram Lee, e il prof. Myung Hoon Song dell'UNIST, e ricercatori della Chungnam National University, Università Nazionale di Pusan, e l'Istituto di Scienza e Tecnologia di Gwangju.

Questa ricerca è stata supportata da un programma WCU (World Class University) attraverso la Korea Science and Engineering Foundation finanziata dal Ministero della Pubblica Istruzione, Scienze e tecnologia, la National Research Foundation of Korea Grant, il progetto di ricerca e sviluppo della tecnologia sanitaria in Corea, il Ministero della Salute e del Welfare, La Corea e la cooperazione internazionale del Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning (KETEP) finanziato dal Ministero dell'Economia della Conoscenza del governo coreano.

*Carbon-dot:i carbon dot (CD) sono costituiti da carbonio, idrogeno, e ossigeno con una struttura quasi sferica in cui il carbonio mostra il carattere della grafite cristallina.