```html
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Autorë: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Jaeho Lee Tae-Hee Han Min-Ho Park Dae Yool Jung Jeongmin Seo Hong-Kyu Seo Hyunsu Cho Eunhye Kim Jin Chung Sung-Yool Choi Taek-Soo Kim Tae-Woo Lee Seunghyup Yoo Abstrakt Diode organike emetuese të dritës (OLED) të bazuara në grafen janë shfaqur kohët e fundit si një element kyç i domosdoshëm në ekranet dhe ndriçimin e gjeneratës së ardhshme, kryesisht për shkak të premtimit të tyre për burime drite shumë fleksibël. Megjithatë, efikasiteti i tyre ka qenë, në rastin më të mirë, i ngjashëm me homologët konvencionalë, të bazuar në oksid plumbi dhe kallaji. Ne këtu propozojmë një strukturë ideale elektrode të bazuar në një ndërveprim sinergjik të shtresave TiO2 me indeks të lartë dhe shtresave me indeks të ulët të injektimit të vrimave që shtrëngojnë elektrodat e grafenit, gjë që rezulton në një situacion ideal ku përforcimi nga rezonanca e zgavrës maksimizohet, por humbja në plazmon polariton sipërfaqësor shmanget. Qasja e propozuar çon në OLED që shfaqin efikasitet kuantik të jashtëm ultra të lartë prej 40,8 dhe 62,1% (64,7 dhe 103% me një lente gjysëm-globale) për pajisjet me një dhe shumë nyje, përkatësisht. OLED-të e bëra në plastika me këto elektroda janë të përkulshme në mënyrë të përsëritshme në një rreze prej 2,3 mm, pjesërisht për shkak të shtresave TiO2 që i përballojnë deformimin flekural deri në 4% përmes forcimit me devijim të plasaritjeve. Hyrje Avantazhet e formës, si fleksibiliteti dhe shtrirja, i kanë sjellë diodave organike emetuese të dritës (OLED) vëmendje të madhe për përdorim në pajisje të reja si ekrane të veshshme, me rrotullim ose të palosshme që kërkojnë lëvizshmëri, deformueshmëri dhe/ose zgjerueshmëri , . Megjithatë, realizimi i plotë i potencialit të tillë nuk është i thjeshtë dhe kërkon përpjekje të konsiderueshme në aspekte të ndryshme, si zhvillimi i teknologjive të transistorëve me film të hollë në temperaturë të ulët dhe/ose incapsulim fleksibël . Një aspekt tjetër i rëndësishëm për t'u marrë parasysh për ekranet shumë fleksibël është gjetja e elektrodave transparente (TE) që mund të zëvendësojnë elektrodat e oksidit të kallajit tëИндиумit (ITO), të cilat zakonisht vuajnë nga fleksibiliteti i kufizuar dhe çështjet e mundshme të kostos të lidhura me kërkesën e lartë dhe/ose furnizimin e paqëndrueshëm . Në këtë drejtim, janë propozuar disa lloje të TE fleksibël si nanotubat metalikë, materialet me bazë karboni (për shembull, nanotubat e karbonit ose grafeni) dhe rrjetat metalike të kombinuara me lloje të tjera të TE për OLED , , , , , . Midis tyre, grafeni—një fletë atomikisht e hollë e atomeve të karbonit të hibridizuar sp2—është konsideruar premtues sepse kombinimi unik i hollësisë së tij të brendshme dhe karakteristikave superiore elektrike pritet të lejojë TE ideale që kanë mjegull optike të ulët ose pa mjegull, topologji sipërfaqësore të lëmuar që parandalon shkurtimet elektrike të shkaktuara nga ashpërsia dhe degradimin, transmetim të lartë, rezistencë të ulët të sipërfaqes dhe një shkallë të lartë fleksibiliteti, të gjitha në të njëjtën kohë , . Përgatitja e lehtë e grafenit me cilësi të lartë në substrate plastike të shkallës së gjerë është demonstruar kohët e fundit për TE me metoda të pajtueshme me prodhimin masiv nga sektorët industrialë, duke dëshmuar qëndrueshmërinë e tyre praktike , . Janë treguar se si grafeni me një shtresë (SLG) ashtu edhe grafeni me shumë shtresa (MLG) kanë performancë adekuate për TE në OLED , . Në veçanti, OLED të efikase të bazuara në grafen janë arritur me ndihmën e shtresave të injektimit të vrimave (HIL) të përdorura për të kapërcyer funksionin e tyre relativisht të ulët të punës, i cili dihet se është rreth 4,5 eV. Këto shtresa injektimi përfshijnë polimere përçuese me veti elektronike gradienti të quajtura HIL me gradient të vetë-organizuar (GraHIL) , dhe shtresa të holla tamponi MoO3 të kombinuara me polimere përçuese të poli(3,4-etilendioksitiofenit): sulfat polistireni (PEDOT:PSS) . Megjithatë, efikasiteti i energjisë dhe efikasiteti kuantik i jashtëm (EQE) i këtyre OLED-ve të bazuara në grafen, të cilat janë të teknologjisë më të përparuar, ishin ende në nivel me ato të OLED-ve të bazuara në ITO, nëse nuk përdorej një lente hemisferike e madhe për përforcimin e nxjerrjes . Sigurimi i efikasitetit më të lartë të mundshëm është veçanërisht i rëndësishëm për ekranet fleksibël të aplikuar në aplikime shumë portative ose të veshshme, pasi ato shpesh duhet të mbështeten në bateri me kapacitet energjie mjaft të kufizuar për shkak të kufizimeve në madhësi, peshë ose formë. Kjo kërkon zhvillimin e një arkitekture pajisjeje që mund të maksimizojë efikasitetin e OLED-ve të bazuara në grafen. Një sfidë kryesore është zhvillimi i një strukture ose metodologjie për të nxjerrë në pah potencialin e tyre të plotë optik, por duke ruajtur meritat e grafenit në formë sa më shumë të jetë e mundur. 1 2 3 4 4 5 6 7 8 9 10 11 11 12 13 14 13 14 14 Për këtë qëllim, ne këtu eksplorojmë një arkitekturë të thjeshtë elektrode të bazuar në shtresa TiO2 me indeks të lartë dhe HIL me indeks të ulët që shtrëngojnë elektrodat e grafenit. Me dizajnin optik që shfrytëzon plotësisht bashkëpunimin sinergjik midis shtresave me indeks të lartë dhe të ulët, të cilat kontrollojnë si përforcimin e rezonancës së zgavrës ashtu edhe humbjen në plazmon polariton sipërfaqësor (SPP), OLED-të e propozuara të bazuara në grafen shfaqin EQE ultra të lartë që është e paprecedentë në ato që përdorin grafen si elektrodë transparente. Për më tepër, rezistenca pazakonisht e lartë e TiO2 ndaj deformimit flekural zbulohet, gjë që mundëson OLED-të plastike që nuk janë vetëm efikase, por edhe shumë fleksibël. Rezultatet Dizajni optik i OLED-ve të bazuara në grafen me efikasitet të lartë Efikasiteti i OLED-ve kufizohet përfundimisht nga një efikasitet i kufizuar i nxjerrjes, i cili zakonisht është rreth 20% në rastin më të mirë për pajisjet me emetues izotropikë. Midis skemave të ndryshme të përforcimit të nxjerrjes të propozuara deri më sot , një metodë e bazuar në rezonancën e mikro-zgavrës ka avantazhe në atë që ruan një gjeometri planare pa përdorur asnjë strukturë mikro/nano ose strukturë lentikulare, në mënyrë që OLED-të e bëra prej saj të mos ekspozohen ndaj shkurtimeve elektrike dhe artefakteve optike të pafavorshme për aplikimin në ekran (p.sh., turbullim, difraksion etj.) por megjithatë mund të shfaqin ngjyra primare të kuqe (R), jeshile (G), blu (B) shumë të pastra dhe të ngopura me efikasitet të përforcuar , . Me një efekt të dobët, por ende domethënës të mikro-zgavrës, OLED-të e bazuara në ITO gjithashtu mund të optimizohen për efikasitet maksimal, pa shkaktuar asnjë mjegull optike ose turbullim, thjesht duke rregulluar trashësinë e shtresave të ITO; në këtë skemë, dizajni i zgavrës së rendit të parë, 3λ/4, ku λ i referohet gjatësisë së valës, arrihet me fundin e hapur të modës së zgavrës të vendosur në ndërfaqen ITO/substrate , . Në rastin e OLED-ve pa ITO, të bazuara në grafen, megjithatë, elektrodat e grafenit nuk mund të bëhen të mjaftueshme të trasha për të kontrolluar gjatësinë e zgavrës, gjë që e bën sfiduese përforcimin e efikasitetit nga efekti i rezonancës . 15 16 17 18 19 20 Si një masë alternative, mund të vendoset një shtresë e hollë me indeks të lartë refraktiv (nH) nën elektrodat e grafenit siç tregohet në Figurën 1a, në mënyrë të ngjashme me elektrodat metalike të holla të mbuluara meDielektrik , , , . Duke qenë se drita mund të kalojë nëpër grafen me ndryshim faze të vogël për shkak të hollësisë së brendshme të një elektrode grafeni, dizajni 3λ/4 i zgavrës mund të arrihet lehtësisht, për shembull, me trashësinë optike të shtresave organike plus injektimit dhe shtresës me indeks të lartë të vendosur në afërsisht 2λ/4 dhe λ/4, përkatësisht (Figura 1b). Në veçanti, shtresa me indeks të lartë 'trashësi λ/4' funksionon gjithashtu si një pasqyrëDielektrike, pa metal, që mundëson reflektancë të konsiderueshme nga montimi i elektrodës së poshtme (Rbot) për dritën që bie nga shtresat organike, siç mund të konfirmohet në grafikat e treguara në fund të Figurës 1c,d. Kjo ofron mundësi për OLED-të e bazuara në grafen për të përmirësuar efikasitetin e tyre përmes efektit të rezonancës, gjë që nuk do të ishte e mundur ndryshe. Tregohet se Rbot dhe përforcimi shoqërues i rezonancës rriten me nH (Figura Supplementare 1). Indeksi i lartë refraktiv është gjithashtu i dobishëm për sa i përket fleksibilitetit, sepse trashësia optike e synuar (nHd H) mund të arrihet me trashësi fizike të ulët d H, dhe sepse plasaritja e shkaktuar nga përkulja e një filmi të dhënë zakonisht formohet në një forcë fillestare më të ulët me trashësi fizike më të madhe . Një shtresë e suksesshme me indeks të lartë në këtë skemë duhet pra të ketë nH sa më të lartë. Për më tepër, duhet të jetë transparente dhe, mbi të gjitha, nuk duhet të dëmtohet nga procesi i dhënë i transferimit të grafenit. Midis kandidatëve të ndryshëm, një shtresë TiO2 e spërkatur është transparente në një diapazon spektral të dukshëm dhe ka një indeks refraktiv relativisht të lartë (n=2,5). Ndryshe nga shtresat e tjera me indeks të lartë që provuam, shtresa TiO2 rezulton të ketë qëndrueshmëri kimike rezistente ndaj proceseve të transferimit të grafenit që përdorin tretës, si acetoni ose alkooli izopropilik (IPA), duke lejuar formimin e një elektrode grafeni me cilësi të lartë mbi të ( ). 17 20 21 22 23 Figura Supplementare 2   ( ) Struktura skematike e pajisjes së OLED-ve të propozuara. ( ) Shpërndarja e intensitetit të fushës elektromagnetike (vijat e ndërprera) të OLED-ve nën studim për dizajnin e tyre përkatës të zgavrës së rendit të parë. Shpërndarja e intensitetit të fushës së OLED-ve të bazuara në grafen pa TiO2 gjithashtu tregohet për krahasim për rastin kur vlerat e trashësisë së shtresave organike janë të njëjta me ato të OLED-ve me TiO2 por pa HIL me indeks të ulët. ( , ) Efikasiteti kuantik i jashtëm maksimal i llogaritur (ηEQE) i OLED-ve të bazuara në grafen me shtresë të poshtme TiO2 si funksion i trashësisë së shtresës TiO2 dhe organike (dTiO2 dhe dorg, përkatësisht). Vijat e ndërprera tregojnë vija kontur për ηEQE prej 10, 20, 30 ose 40% siç tregohet në grafik. ( ) Pa HIL me indeks të ulët; ( ) me GraHIL si HIL me indeks të ulët. Në fund të secilit rast, reflektanca (Rbot) nga montimi i elektrodës së poshtme (TiO2/graphene/(HIL)) si një e tërë paraqitet si funksion i dTiO2 për dritën që bie nga shtresat organike. a b c d c d Vlen të theksohet se një strukturë mikro-zgavre e rendit më të lartë (p.sh., rendi i dytë, zgavra 5λ/4) bazuar në një strukturë organike të trashë mund të jetë gjithashtu e mundur. Megjithatë, në këtë punë, fillimisht u zgjodh dizajni i zgavrës së rendit të parë, sepse rezulton në një efekt më të fortë Purcell dhe më pak modale valëguide sesa dizajni i rendit më të lartë, duke çuar përfundimisht në një efikasitet më të madh nxjerrjeje dhe EQE , . Sfidat mbeten për dizajnin e zgavrës së rendit të parë, sepse vendndodhja ideale e një zone emetuese është e kufizuar në antinodin e parë nga ndërfaqja organike/metalike, duke e bërë të vështirë uljen e modave SPP përmes një distance më të gjatë emetues-metal , . Një metodë alternative që përdoret zakonisht për reduktimin e SPP është përfshirja e strukturave të brendshme me valë ose korrugimeve , por toleranca ndaj shkurtimeve elektrike mund të komprometohet shpesh nga qasje të tilla. Metoda që ne përdorim këtu është përfshirja e një shtrese me indeks të ulët refraktiv, e cila është treguar se redukton në mënyrë efektive modet SPP , . Fatmirësisht, GraHIL ose një shtresë gradienti e vetë-organizuar e injektimit të vrimave e përbërë nga PEDOT:PSS dhe kopolimeri i acidit sulfamik tetra-fluoroetileni-përfluor-3, 6-dioks-4-metil-7-oktensit (PFI), e cila më parë u propozua nga autorët dhe u tregua të jetë shumë efektive në përmirësimin e injektimit të vrimave në OLED-të e bazuara në grafen , ka një indeks refraktiv rreth 1,42 në λ prej 550 nm (Figura Supplementare 3), i cili është shumë më i ulët se ai i shtresave tipike organike (n=1,8). Me ndërveprimin sinergjik të shtresave me indeks të lartë dhe të ulët që shtrëngojnë shtresat e grafenit, përforcimi i efektit rezonant të zgavrës dhe reduktimi i modave SPP mund të bëhen në të njëjtën kohë, në mënyrë që EQE të mund të rritet ndjeshëm edhe pa struktura nxjerrëse. 24 25 25 26 27 28 29 13  paraqet rezultatet e simulimit optik bazuar në një teori të avancuar klasike elektromagnetike të përmbledhur nga Furno et al.  gjatë gjithë diapazonit spektral të dukshëm, dhe në λ prej 550 nm. Formalizmi merr parasysh faktorin Purcell, efektin e orientimit të dipolit dhe eksitimet në modet SPP dhe valëguide. Përfshirja gjithëpërfshirëse e të gjithë këtyre faktorëve rezulton kritike për një analizë të saktë dhe dizajn sasior, pasi mund të ndodhin nënvlerësime ose mbivlerësime kur përdoret një qasje e thjeshtëzuar që nuk merr parasysh një ose më shumë nga këto efekte (shih Figurën Supplementare 4; Tabelën Supplementare 1 dhe Shënimin Supplementar 1 për shembuj). Rezultatet tregojnë se përdorimi i GraHIL ridistribuon përmbajtjet relative të fuqisë midis modave të ndryshme drejt valetve plane më të vogla, në mënyrë që fuqia e lidhur me modet SPP të reduktohet dhe pjesët e nxjerra të përforcohen më tej (Figura Supplementare 5a). Gjithashtu mund të shihet në Tabelën Supplementare 2 se përdorimi i shtresës TiO2 nën grafen pengon në mënyrë efektive sasinë e fuqisë së lidhur me modet e valëguideve dhe substrateve përmes përforcimit të rezonancës. Kjo çon në një rritje të konsiderueshme të efikasitetit të nxjerrjes, megjithëse humbja në modet e avullimit gjithashtu tregohet se rritet për shkak të zhvendosjes së modave të valëguideve të transportuesit të energjisë elektrike drejt valetve plane normalizuar më të larta (Figura Supplementare 5b). Përdorimi i kombinuar i shtresave me indeks të lartë (H) TiO2 dhe indeks të ulët (L) GraHIL, rezulton në një situacijë ideale ku përforcimi i rezonancës është i madh, por humbja në modet SPP/avullim është e shmangur. Për më tepër, përdorimi i kombinuar krijon një situacijë të ngjashme me struktura HL, të cilat zakonisht përdoren për veshje me film të hollë me shumë shtresa , dhe madje më tej përforcon Rbot (Figura 1d), duke lejuar përforcim shtesë në efektin e rezonancës Fabry-Perot. Ajo që e bën teknologjinë e propozuar unike dhe të avancuar në lidhje me teknologjitë konvencionale është pikërisht bashkëpunimi sinergjik i këtyre shtresave me indeks të lartë dhe të ulët që mundësojnë menaxhimin optik si të efektit të rezonancës ashtu edhe të humbjes SPP në avantazhin e nxjerrjes maksimale; dhe përforcim shtesë rezonancë përmes renditjes HL. Së bashku me përputhshmërinë e tyre origjinale me vetitë elektrike të dëshiruara (p.sh., injektim efikas i vrimave), të gjitha këto përfitime optike lejojnë që të nxirret potenciali i plotë edhe i fshehur i asaj që mund të ofrojnë në të vërtetë OLED-të planare. Vlerësimet e konturit të marra për EQE maksimale optikisht të disponueshme (ηEQE (maks)) si funksion i trashësisë organike (dorg) dhe TiO2 (dTiO2) paraqitur në Figurën 1c,d tregojnë se ηEQE (maks) mund të jetë deri në 44% në pajisjet me shtresa GraHIL dhe TiO2, ndërsa do të kufizohej në 38% pa GraHIL ose në 31% pa TiO2. Kushtet optimale korrespondojnë me një situacijë ku dH (me H duke qenë TiO2) afrohet me λ/(4nH) (55 nm për λ=550 nm). Mund të vihet re gjithashtu se ηEQE (maks) prej 44% është më e lartë se ato që priten për OLED-të e optimizuara, konvencionale me bazë metal të hollë me emetues të njëjtë. Kjo mund t'i atribuohet faktit se arkitektura e propozuar është më pak e prekur nga humbja për shkak të absorbimit të fotoneve dhe/ose eksitimit të modit SPP brenda elektrodave gjysmë-transparente (shih Figurën Supplementare 6 dhe Tabelën Supplementare 3 për krahasim me ato të OLED-ve konvencionale me bazë metal të hollë). Figura 2a,b 19 30   ( , ) Spektra të llogaritura të shpërndarjes së fuqisë të peshuara me spektrin e emetuesit në njësi arbitrare (të shënuara si ngjyrë e definuar në shkallët e ngjyrave) kundrejt vektorit të valës planare: ( ) me TiO2 por pa GraHIL; ( ) me TiO2 dhe GraHIL. Vijat e ndërprera të zeza tregojnë vijat kufizuese që ndajnë modet optike përfaqësuese duke përfshirë modet e nxjerra, të mbyllura në substrat (subs), të valëguideve (wg) dhe të avullimit. ( ) Shpërndarja e fuqisë së llogaritur kundrejt vektorit të valës planare të normalizuar në λ=550 nm për struktura të ndryshme elektrode nën studim. Për pajisjet me TiO2, dTiO2 ishte fiksuar në 55 nm dhe dorg u zgjodh për kushte optimale në secilin rast. Për pajisjet pa TiO2, dorg u vendos në të njëjtën vlerë si ajo e kundërtes përkatëse në pajisjet me TiO2. a b a b c Performanca e pajisjes së OLED-ve të bazuara në grafen të fabricate Të frymëzuar nga rezultatet e simulimit të treguara më sipër, ne bëmë OLED jeshile të bazuara në emetues fosforeshentë të iridit (III) bis(2-(2-piridinil-N)fenil-C)(acetilacetonato) (Ir(ppy)2acac) në konfigurimin e qelqit/anoit/(HIL)/OS1/LiF/Al me anode/(HIL) të ndryshme strukturore të TiO2/graphene/GraHIL; graphene/GraHIL; dhe ITO (185 nm)/GraHIL, ku OS1 i referohet një grumbulli organik me shumë shtresa të përcaktuar në Metodat. Rezultatet eksperimentale të paraqitura në Figurën 3 tregojnë se EQE maksimale, efikasiteti i energjisë dhe efikasiteti i rrymës të arritura për pajisjen e bazuar në TiO2/graphene/GraHIL janë deri në 40,8%, 160,3 lm W−1 dhe 168,4 cd A−1, përkatësisht, ndërsa ato vlera kufizohen në 31,7%, 112,6 lm W−1 dhe 119,0 cd A−1 për pajisjen e bazuar në graphene/GraHIL, dhe 27,4%, 104,3 lm W−1 dhe 106,2 cd A−1 për pajisjen ITO/GraHIL. EQE e lartë e vërejtur në pajisjen e bazuar në TiO2/graphene/GraHIL konfirmon rolin sinergjik të të dy shtresave TiO2 dhe GraHIL, dhe është në përputhje me rezultatet e simulimit. Me një lente gjysmë-globale të lidhur optikisht me pjesën e pasme të një substrate, pajisja e bazuar në TiO2/graphene/GraHIL shfaq EQE, efikasitet energjie dhe efikasitet rryme aq të larta sa 64,7%, 250,4 lm W−1 dhe 257,0 cd A−1, përkatësisht, duke ilustruar më tej potencialin premtues të OLED-ve të propozuara të bazuara në grafen. Më pas e shtrijmë skemën e propozuar në një OLED tandem, me shumë nyje, në të cilin EQE neto përmirësohet (në kurriz të tension

Part of HackerNoon's growing list of open-source research papers, promoting free access to academic material.

Kjo audio është prodhuar në gjuhën origjinale të tregimit!

Shkencëtarët Zbulojnë Ekrane Fleksibël Super-Efikase duke përdorur Grafen dhe Dioksid Titani

About Author

KOMENTE

VARUR TAGS

KY ARTIKU U PARAQIT NË

Related Stories

Rrjeti SQD sapo vrau emetimet e tokenëve.Ja çfarë paguan 16 miliardë dollarë në DeFi TVL

Rrjeti SQD sapo vrau emetimet e tokenëve.Ja çfarë paguan 16 miliardë dollarë në DeFi TVL

Light-Mode

Classic

Newspaper

Minty

Dark-Mode

Neon Noir

Minty

HN StartUps