Charge carrier transport mechanism in electroluminescent charge-transfer complex materials
Mechanizm transportu nośników ładunku w kompleksach z przeniesieniem ładunku wykazujących właściwości elektroluminescencyjne
Project type: Research and development
Keywords: kompleks z przeniesieniem ładunku termicznie aktywowana opóźniona fluorescencja ekscypleks elektroluminescencja transport nośników ładunku
Keywords (english): charge transfer complex thermally activated delayed fluorescence exciplex electroluminescence charge transport properties
Consortium members: Project was not implemented as part of a consortium
Project implementation period: 28/06/2019 - 27/09/2020
Funding institution: Narodowe Centrum Nauki
Program name: Preludium
Project manager: Marian Chapran
Funding value: 69 940,00 PLN
Total project value: 69 940,00 PLN
"Elektronika oparta na materiałach organicznych stanowi obecnie jedną z najbardziej dynamicznie rozwijających się dziedzin nauki i technologii. Wśród organicznych urządzeń optoelektronicznych, diody elektroluminescencyjne ze względu na swoje właściwości takie jak: wysoki współczynnik oddawania barw, stosunkowo niskie zużycie energii czy elastyczność, są coraz częściej używane do produkcji nowej generacji wyświetlaczy i systemów oświetleniowych. Zasada działania organicznej diody emitującej światło opiera się na generowaniu ekscytonów, które powstają, gdy elektron i dziura spotykają się w warstwie aktywnej umieszczonej pomiędzy elektrodami. Jedynie 25% wszystkich wytworzonych w ten sposób ekscytonów to stany singletowe, a 75% to stany trypletowe. Niestety, generowane ekscytony trypletowe zwykle nie rekombinują promieniście. Tak więc, aby uzyskać wysoce wydajne diody typu OLED, należy zaangażować stany trypletowe w proces generowania światła. Aby osiągnąć ten cel, zaproponowano kilka rozwiązań. Jednym z nich jest zastosowanie fosforescencyjnych kompleksów metali przejściowych. Jednak, kompleksy tego typu zawierają metale ciężkie, takie jak Ir i Pt, które ze względu na ograniczone zasoby są drogie, co w naturalny sposób zwiększa koszty produkcji tego typu OLEDów. Innym sposobem uzyskania urządzeń o wysokiej wydajności jest projektowanie materiałów wykazujących zjawisko zwane termicznie aktywowaną opóźnioną fluorescencją (TADF). Związki typu TADF zbudowane są z części o charakterze donorowym i z części o charakterze akceptorowym a po wzbudzeniu tworzą stany z przeniesieniem ładunku. Aktywowana termicznie fluorescencja może być realizowana również w tzw. ekscypleksach czyli kompleksach w stanie wzbudzonym, powstałych w wyniku oddziaływań pomiędzy cząsteczką donora i akceptora, gdzie emisja jest skutkiem oddziaływań elektronu z orbitalu LUMO donora z dziurą z orbitalu HOMO akceptora. Zastosowanie tego typu warstw emisyjnych, pozwala zwiększyć wewnętrzną wydajność kwantową nawet do 100% i wyeliminować konieczność użycia drogich i szkodliwych dla środowiska metali ciężkich. Należy podkreślić, ze pomimo wspomnianych zalet cząsteczki TADF i ekscypleksy wykazują niską stabilność i żywotność w diodach OLED. Aby rozwiązać ten problem, ważne jest zrozumienie natury kompleksów CT w polu elektrycznym w warunkach zbliżonych do panujących w pracujących diodach OLED. Proponowane badania pozwolą zdobyć wiedzę na temat mechanizmów procesów odpowiedzialnych za wydajną elektroluminescencję, w tym głównie mechanizmu transportu nośników ładunku w wybranych układach z przeniesieniem ładunku. Zbalansowany transport dziur i elektronów, który zależy od ruchliwości nośników ładunku i procesu ich pułapkowania, jest kluczowy dla efektywnie działającej diody. Wyniki z przeprowadzonych badań mogą zostać wykorzystane do ulepszenia technologii wytwarzania organicznych diod emitujących światło."
"Electronics based on organic materials is currently one of the most dynamically developing fields of science and technology. Among optoelectronic devices, organic light emitting diodes due to their properties such as high colour rendering, self-luminescence, high flexibility, and comparatively low power consumption, became very popular element in the next-generation displays and lighting sources. The principle of operation of light emitting diodes is based on the generation of excitons which are created when electron and hole meet each other in the active layer placed between electrodes. The 25% of all excitons created in this way are singlets and 75% are triplets. Unfortunately the electrically generated triplet excitons are non-emissive states. Thus, in order to achieve highly performing OLEDs triplet excitons should be manipulated toward radiative recombination. To achieve this goal several approaches have been investigated. One of them is application of phosphorescent organo-transition metal compounds. Nevertheless, some of emissive organic complexes comprise of noble metals, such as Ir and Pt, which due to the limited global resources are high-priced. This leads to higher cost of production of phosphorescent OLEDs. Another way to achieve high efficiency devices is the design of materials exhibiting phenomenon called thermally activated delayed fluorescence (TADF). Typically such TADF materials contain donor and acceptor part in the molecule which are chemically bonded and can form a charge transfer (CT) excited state complex. Such complexes could be also called exciplexes, characterized as bimolecular complexes comprising of electron-donor and electron-accepting material, which emission occurs as a result of electron transition from the LUMO of an accepter to the HOMO of a donor. The utilization these CT complexes are promising as they afford to achieve internal quantum efficiency up to 100% excluding heavy metalcontaining organometallic complexes. Despite of advantages coming from TADF molecules and exciplexes, they are showing low stability and life time in OLEDs. To solve this problem important is to understand the nature of CT complexes in the electrical field in the conditions close to the environment of working OLEDs. Proposed research can provide knowledge about the mechanisms of processes responsible for efficient electroluminescence in CT molecules, mainly the mechanism of charge carriers transport. A balanced hole and electron transport which depends on the mobility of charge carriers and the trapping process, is crucial for achievement of high device performance. The project's results might contribute to significant improvement of OLEDs processing and technology."
Go back