Электрохимическая ячейка, излучающая свет

Светоизлучающая электрохимическая ячейка ( LEC или LEEC ) — это твердотельное устройство, которое генерирует свет из электрического тока ( электролюминесценция ). LEC обычно состоят из двух металлических электродов, соединенных (например, сэндвичем) органическим полупроводником , содержащим подвижные ионы. За исключением подвижных ионов, их структура очень похожа на структуру органического светодиода (OLED).

LEC обладают большинством преимуществ OLED, а также дополнительными:

• Устройство меньше зависит от разницы в работе выхода электродов. Следовательно, электроды могут быть изготовлены из одного и того же материала (например, золота). Аналогично, устройство может работать при низких напряжениях. ^{[1] [2]}
• Недавно разработанные материалы, такие как графен ^[3] или смесь углеродных нанотрубок и полимеров ^[4], используются в качестве электродов, что устраняет необходимость использования оксида индия и олова для прозрачного электрода.
• Толщина активного электролюминесцентного слоя не имеет решающего значения для работы устройства. Это означает, что:
• LEC можно печатать ^[5] с помощью относительно недорогих процессов печати (где контроль толщины пленки может быть затруднен).
• В конфигурации планарного устройства внутреннюю работу устройства можно наблюдать непосредственно. ^[6]

Существует два различных типа LEC: на основе неорганических комплексов переходных металлов (iTMC) или светоизлучающих полимеров. Устройства iTMC часто более эффективны, чем их аналоги на основе LEP, поскольку механизм излучения фосфоресцентный, а не флуоресцентный. ^[7]

Хотя электролюминесценция уже наблюдалась ранее в подобных устройствах, изобретение полимерного LEC приписывается Пей и др. ^[8]. С тех пор многочисленные исследовательские группы и несколько компаний работали над усовершенствованием и коммерциализацией этих устройств.

В 2012 году был опубликован первый изначально растягиваемый LEC с использованием эластомерного излучающего материала (при комнатной температуре). Диспергирование ионного комплекса переходного металла в эластомерной матрице позволяет изготавливать изначально растягиваемые светоизлучающие устройства, которые обладают большими площадями излучения (~175 мм2) и выдерживают линейные деформации до 27% и повторяющиеся циклы деформации 15%. Эта работа демонстрирует пригодность этого подхода для новых приложений в конформном освещении, которые требуют равномерного, рассеянного излучения света на больших площадях. ^[9]

В 2012 году было сообщено о производстве органических светоизлучающих электрохимических ячеек (LEC) с использованием совместимого рулонного процесса в условиях окружающей среды. ^[10]

В 2017 году новый подход к проектированию, разработанный группой шведских исследователей, обещал обеспечить существенно более высокую эффективность: 99,2 кд А ⁻¹ при яркости 1910 кд м ⁻² . ^[11]

Смотрите также

• Электрохимическая ячейка
• Электрохемилюминесценция
• Светодиод
• Органический светодиод
• Фотоэлектролиз

Ссылки

1. Гао, Дж.; Дейн, Дж. (2003). «Планарные полимерные светоизлучающие электрохимические ячейки с чрезвычайно большим межэлектродным расстоянием». Applied Physics Letters . 83 (15): 3027. Bibcode : 2003ApPhL..83.3027G. doi : 10.1063/1.1618948.
2. Shin, J.-H.; Dzwilewski, A.; Iwasiewicz, A.; Xiao, S.; Fransson, Å.; Ankah, GN; Edman, L. (2006). «Световое излучение при 5 В из полимерного устройства с миллиметровым межэлектродным зазором». Applied Physics Letters . 89 (1): 013509. Bibcode : 2006ApPhL..89a3509S. doi : 10.1063/1.2219122.
3. Matyba, P.; Yamaguchi, H.; Eda, G.; Chhowalla, M.; Edman, L.; Robinson, ND (2010). «Графен и мобильные ионы: ключ к полностью пластиковым светоизлучающим устройствам, обработанным раствором». ACS Nano . 4 (2): 637–42. CiteSeerX 10.1.1.474.2436 . doi :10.1021/nn9018569. PMID  20131906. 
4. Ю, З.; Ху, Л.; Лю, З.; Сан, М.; Ван, М.; Грюнер, Г.; Пей, Ц. (2009). «Полностью гибкие полимерные светоизлучающие устройства с углеродными нанотрубками в качестве катода и анода». Applied Physics Letters . 95 (20): 203304. Bibcode : 2009ApPhL..95t3304Y. doi : 10.1063/1.3266869.
5. Mauthner, G.; Landfester, K .; Kock, A.; Bruckl, H.; Kast, M.; Stepper, C.; List, EJW (2008). «Светоизлучающие устройства с поверхностными ячейками, напечатанные струйным принтером, из полимерной дисперсии на водной основе». Organic Electronics . 9 (2): 164–70. doi :10.1016/j.orgel.2007.10.007.
6. Гао, Дж.; Дейн, Дж. (2004). «Визуализация электрохимического легирования и формирования светоизлучающих переходов в сопряженных полимерных пленках». Applied Physics Letters . 84 (15): 2778. Bibcode : 2004ApPhL..84.2778G. doi : 10.1063/1.1702126 .
7. Тан, Ши; Эдман, Людвиг (2016-06-13). "Светоизлучающие электрохимические ячейки: обзор последних достижений". Темы в Current Chemistry . 374 (4): 40. doi :10.1007/s41061-016-0040-4. ISSN  2365-0869. PMID  27573392. S2CID  5205115.
8. Pei, QB; Yu, G.; Zhang, C.; Yang, Y.; Heeger, AJ (1995). «Полимерные светоизлучающие электрохимические ячейки». Science . 269 (5227): 1086–8. Bibcode :1995Sci...269.1086P. doi :10.1126/science.269.5227.1086. PMID  17755530. S2CID  36807816.
9. Filiatrault, HL; Porteous, GC; Carmichael, RS; Davidson, GJE; Carmichael, TB (2012). «Растягивающиеся светоизлучающие электрохимические ячейки с использованием эластомерного эмиссионного материала». Advanced Materials . 24 (20): 2673–8. Bibcode : 2012AdM....24.2673F. doi : 10.1002/adma.201200448. PMID  22451224. S2CID  13047158.
10. Sandström, A.; Dam, HF; Krebs, FC; Edman, L. (2012). «Изготовление в условиях окружающей среды гибких и крупногабаритных органических светоизлучающих устройств с использованием щелевого литьевого покрытия». Nature Communications . 3 : 1002. Bibcode : 2012NatCo...3.1002S. doi : 10.1038/ncomms2002. PMC 3432459. PMID  22893126 . 
11. Tang, S.; Sandström, A.; Lundberg P.; Lanz, T.; Larsen, C.; van Reenen, S.; Kemerink, M.; Edman, L. (30 октября 2017 г.). «Правила проектирования светоизлучающих электрохимических ячеек, обеспечивающих яркую яркость при внешней квантовой эффективности 27,5 процента». Nature Communications . 8 (1190 (2017)): 1190. Bibcode :2017NatCo...8.1190T. doi :10.1038/s41467-017-01339-0. PMC 5662711 . PMID  29085078.