Effektivt ljus utan sällsynta ädelmetaller

Moderna smartphoneskärmar och nya effektiva organiska ljuskällor innehåller dyra och miljömässigt problematiska jordartsmetaller. För en hållbar framtid måste vi fokusera på miljövänligare material. Forskare vid Umeå och Kyusho universitet visar att sådana material är ett praktiskt alternativ för effektiva ljusemitterande elektrokemiska celler. Studien publiceras i Nature Communications.

Artificiellt ljus finns överallt, till exempel i belysning och displayer. Nu när organiska ljuskällor kommit in på marknaden förutspås nya tillämpningar; allt från medicinsk diagnostik till integrering i elektroniska textilier. Det är i detta avseende som den ljusemitterande elektrokemiska cellen, LEC, är extra intressant. LEC är en supertunn och flexibel ljuskälla, som dessutom möjliggör billig och uppskalningsbar tillverkning – likt hur tidningar trycks.

Tyvärr innehåller dagens mest effektiva LECs, i likhet med många andra ljuskällor, sällsynta jordartsmetaller som iridium. Det gör dem inte bara dyra utan även miljömässigt problematiska. Att tillverka helt organiska ljuskällor som effektivt transformerar elektricitet till ljus och samtidigt är både billiga och återvinningsbara är dock en utmaning.

Positivt nog är vi på rätt väg genom en nyligt utvecklad grupp av helt organiska ljusemitterande material, som matchar effektiviteten hos de jordartsmetallbaserade. Dessa material har redan visat lovande resultat i komplexa high-end produkter, men dessvärre har prestandan inte imponerat lika mycket när de inkluderas i de enklare, och därmed billigare, LECs. Tills nu!

En rykande färsk studie av fysiker vid Umeå universitet, i samarbete med forskare vid Kyushu universitet, visar att starkt och effektivt ljus från LECs baserade på sådana helt organiska ljusemitterande material är möjligt.

Genom att förstå och nyttja det som gör LEC-tekniken unik, bland annat så kallad elektrokemisk dopning, har vi kunnat påvisa att dessa miljövänligare material är ett praktiskt alternativ även i LEC-komponenter.

– Komponentdesignen hos LEC är tillsynes enkel, men den dynamik som pågår i den tunna filmen och som möjliggör ljusemission är komplex. Den innefattar ett invecklat samspel mellan organiska halvledare och rörliga joner, som måste balanseras för att få starkt och effektivt ljus. Hur effektiva dessa organiska ljusemitterande material är beror nämligen mycket på deras nanoskopiska omgivning. Det är med detta i åtanke som vi lyckas förbättra prestandan, säger Petter Lundberg, doktorand på Institutionen för fysik vid Umeå universitet.

Petter Lundberg är doktorand i gruppen för organisk fotonik och elektronik, som leds av professor Ludvig Edman, vid Institutionen för fysik. Gruppen arbetar bland annat med att utveckla LEC-tekniken. Fokus inom LEC ligger på att förbättra effektiviteten hos komponenterna, men även förenkla uppskalningsbara tillverkningsprocesser.

Läs mer om the Organic Photonics and Electronics Group vid Umeå universitet

Åtta pressbilder. Foto: Mattias Pettersson

Originalartikel:

P. Lundberg, Y. Tsuchiya, E.M. Lindh, S. Tang, C. Adachi and L. Edman: Thermally Activated Delayed Fluorescence with 7 % External Quantum Efficiency from a Light- Emitting Electrochemical Cell. Nature Communication 10. 5307 (2019). doi. 10.1038/s41467-019-13289-w

https://www.nature.com/articles/s41467-019-13289-w

För mer information, kontakta gärna:
Petter Lundberg, Doktorand vid Institutionen för fysik, Umeå universitet.
Mobil: 070-278 53 21
E-post: petter.lundberg@umu.se