Yhdistämällä ohuet orgaaniset kerrokset paksuihin hybrideihin perovskiittikerroksiin Japanin Kyushun yliopiston tutkijat ovat kehittäneet mikrometrin paksuisia orgaanisia valoa emittoivia diodeja. Ratkaisu parantaa korkealaatuisten näyttöjen ja televisioiden hintaetua ja katselukulmaa lähitulevaisuudessa.

Orgaanisien ledien molekyylikerrokset ovat hyviä emittereitä, mutta ne ovat yleensä huonoja sähköjohteita. Siten niitä on käytetty hyvin ohuina kerroksina, jotta sähkö pääsee helposti sinne, missä emissio tapahtuu.

Vaikka erittäin ohuista kerroksista on hyötyä siitä, että tarvitaan vain pieni määrä materiaalia, niiden käyttö vaikeuttaa miljoonien pikselien luotettavaa valmistusta, koska erittäin pienet viat voivat aiheuttavat helposti laitevikoja. Lisäksi ohuiden kerrosten edestä ja takaa heijastuva valo johtaa usein vuorovaikutuksiin, jotka vääristävät emissioväriä laajoilla katselukulmilla.

Siksi haasteena on ollut tehdä laitteista paksumpia rakenteita välttäen samalla orgaanisten haittoja. Tällä kertaa Kyushun yliopiston tutkijat päätyivät tutkimaan perovskiittien materiaaliluokkaa.

- Vaikka perovskiitit ovat herättäneet kovasti huomiota aurinkokennojen valoa absorboivina kerroksina, jotkut perovskiitit ovat todella läpinäkyviä samalla kun ne ovat myös erittäin hyvin sähköä johtavia, toteaa professori Toshinori Matsushima.

- Lisäksi orgaanisten ja epäorgaanisten komponenttien sekoitukseen perustuvia perovskiittejä voidaan jalostaa edullisista lähtöaineista käyttämällä samoja valmistusprosesseja kuin orgaanisten aineiden valmistukseen Matsushima jatkaa.

Koelaitteissaan tutkijat kerrostivat emittoivan kerroksen molekyylejä, joita tyypillisesti käytetään OLED-paneeleissa paksujen perovskiittikerrosten välille. Rakenteen kokonaispaksuus kasvoi 2000 nanometriin, mikä on 10 kertaa tyypillistä OLEDia paksumpi.

Paksujen rakenteiden hyötysuhde osoittautui samankaltaiseksi kuin ohuissa OLED-rakenteissa. Lisäksi niillä oli sama väri kaikista katselukulmista. Toisaalta paksuihin orgaanisiin kerroksiin perustuvat OLEDit eivät emittoineet valoa samanlaisilla käyttöjännitteillä.

Tutkijat ovat yrittäneet myös käyttää perovskiittejä suoraan valoemittereinä, mutta rakenteiden käyttöikä on toistaiseksi ollut lyhyt. Pitämällä emissioprosessi orgaanisissa materiaaleissa ja käyttämällä perovskiittejä vain sähkön kuljettamiseen Kyushu-tiimi saavutti samanlaiset elinajat sekä paksuille rakenteille että vertailluille OLED-rakenteille.

- Tämän työn perusteella perovskiitit voidaan nähdä monipuolisina ja erittäin suorituskykyisinä materiaaleina paitsi OLED-laitteissa mutta myös muissa orgaanisissa elektronisissa laitteissa, kuten lasereissa, muistilaitteissa ja antureissa, Adachi ennustaa.

Veijo Hänninen
Nanobittejä 8.8.2019