Les chercheurs de l'UNIST rapportent une amélioration considérable des performances des dispositifs optoélectroniques à base de polymères. Publié dans Photonique de la nature aujourd'hui, le nouveau matériel plasmonique, peut être appliqué à la fois aux diodes électroluminescentes polymères (PLED) et aux cellules solaires polymères (PSC), avec des performances record du monde, grâce à un processus simple et bon marché.

Une amélioration considérable des performances des dispositifs optoélectroniques à base de polymère est signalée aujourd'hui par des chercheurs de l'Institut national des sciences et de la technologie d'Ulsan (UNIST), Corée du Sud. Le nouveau matériau plasmonique, peut être appliqué à la fois aux diodes électroluminescentes polymères (PLED) et aux cellules solaires polymères (PSC), avec des performances record du monde, grâce à un processus simple et bon marché.

Les exigences contraires de ces dispositifs signifient qu'il y a peu de nanoparticules métalliques qui peuvent améliorer les performances des PLED et des PSC en même temps.

La plupart des dispositifs optoélectroniques semi-conducteurs (OED), y compris les photodiodes, cellules solaires, diodes électroluminescentes (LED), et lasers à semi-conducteurs, sont à base de matériaux inorganiques. Les exemples incluent le nitrure de gallium pour les diodes électroluminescentes et le silicium pour les cellules solaires.

En raison de la disponibilité limitée des matières premières et du traitement complexe requis pour fabriquer des OED à base de matériaux inorganiques, le coût de fabrication des dispositifs augmente. Les OED à couche mince fabriqués à partir de semi-conducteurs alternatifs suscitent un grand intérêt.

Parmi ces matériaux, les semi-conducteurs organiques ont reçu beaucoup d'attention pour une utilisation dans les OED de prochaine génération en raison du potentiel de fabrication à faible coût et sur de grandes surfaces à l'aide du traitement en solution.

Malgré des efforts considérables pour développer de nouveaux matériaux et architectures d'appareils améliorant les performances de ces appareils, des améliorations supplémentaires de l'efficacité sont nécessaires, avant que ces technologies ne soient largement utilisées et commercialisées.

Le matériau préparé par l'équipe de recherche UNIST est facile à synthétiser avec un équipement de base et a une aptitude à la mise en œuvre à basse température. Cette aptitude au traitement de la solution à basse température permet des techniques de production de masse roll-to-roll et convient aux dispositifs électroniques imprimés.

"Notre travail est important également parce qu'il anticipe la réalisation de dispositifs laser à commande électrique en utilisant des nanoparticules d'argent supportées par des points de carbone* (CD-Ag NP) comme matériaux plasmoniques." dit le professeur Byeong-Su Kim. « Le matériau permet une émission radiative importante et une absorption lumineuse supplémentaire, conduisant à une efficacité de courant remarquablement améliorée."

La résonance plasmonique de surface est une onde électromagnétique se propageant le long de la surface d'une fine couche métallique et l'oscillation collective d'électrons dans un solide ou un liquide stimulée par la lumière incidente. La SPR est la base de nombreux outils standard pour mesurer l'adsorption de matériaux sur des surfaces métalliques planes (généralement en or et en argent) ou sur la surface de nanoparticules métalliques.

L'équipe a démontré des PLED et des PSC efficaces en utilisant l'amélioration de la résonance plasmonique de surface avec des NP CD-Ag. Les PLED ont atteint une efficacité de courant remarquablement élevée (de 11,65 à 27,16 cd A-1) et une efficacité lumineuse (LE) (de 6,33 à 18,54 lm W-1).

Les PSC produits de cette manière ont montré une efficacité de conversion de puissance (PCE) améliorée (de 7,53 à 8,31 %) et une efficacité quantique interne (IQE) (de 91 à 99 % à 460 nm). Le LE (18,54 lm W-1) et l'IQE (99 %) sont parmi les valeurs les plus élevées signalées à ce jour dans les PLED et PSC fluorescentes, respectivement.

"Ces améliorations significatives de l'efficacité des dispositifs démontrent que les matériaux de résonance Plasmon de surface constituent une voie polyvalente et efficace pour obtenir des LED polymères et des cellules solaires polymères hautes performances, " a déclaré le professeur Jin Young Kim. " Cette approche est prometteuse en tant que voie pour la réalisation de lasers polymères à commande électrique. "

Les collègues chercheurs comprennent Hyosung Choi, Seo Jin Ko, Youri Choi, Taehyo Kim, Boram Lee, et le professeur Myung Hoon Song de l'UNIST, et des chercheurs de l'Université nationale de Chungnam, Université nationale de Pusan, et l'Institut des sciences et technologies de Gwangju.

Cette recherche a été soutenue par un programme WCU (World Class University) par le biais de la Korea Science and Engineering Foundation financé par le ministère de l'Éducation, Science et technologie, la subvention de la Fondation nationale pour la recherche de Corée, le projet de R&D sur les technologies de la santé en Corée, le ministère de la Santé et du Bien-être, La Corée et la Coopération internationale de l'Institut coréen d'évaluation et de planification des technologies énergétiques (KETEP) financées par le ministère de l'Économie du savoir du gouvernement coréen.

*Point de carbone :les points de carbone (CD) sont constitués de carbone, hydrogène, et l'oxygène avec une structure quasi-sphérique dans laquelle le carbone présente le caractère du graphite cristallin.