Investigadores del Centro de Investigación de Electrónica y Fotónica Orgánica de la Universidad de Kyushu OPERA en Japón han demostrado una forma de dividir la energía en diodos orgánicos emisores de luz OLED y superar el límite del 100% para la producción de excitones, abriendo una nueva ruta prometedora paracreando fuentes de luz de infrarrojo cercano de bajo costo y alta intensidad para aplicaciones de detección y comunicaciones.
Los OLED usan capas de moléculas orgánicas que contienen carbono para convertir las cargas eléctricas en luz. En los OLED normales, una carga positiva y una carga negativa se unen en una molécula para formar un paquete de energía llamado excitón. Un excitón puede liberar su energíapara crear como máximo un haz de luz o fotón.
Cuando todas las cargas forman excitones que emiten luz, se logra una eficiencia cuántica interna máxima del 100%. Sin embargo, la nueva tecnología utiliza un proceso llamado fisión singlete para dividir la energía de un excitón en dos, lo que permite superar el 100%límite para la eficiencia de convertir pares de carga en excitones, también conocida como la eficiencia de producción de excitones
"En pocas palabras, incorporamos moléculas que actúan como máquinas de cambio para excitones en OLED. Similar a una máquina de cambio que convierte un billete de $ 10 en dos billetes de $ 5, las moléculas convierten un excitón costoso y de alta energía en dos a mitad de precio,excitones de baja energía ", explica Hajime Nakanotani, profesor asociado de la Universidad de Kyushu y coautor del artículo que describe los nuevos resultados.
Los excitones vienen en dos formas, singletes y trillizos, y las moléculas solo pueden recibir singletes o trillizos con ciertas energías. Los investigadores superaron el límite de un excitón por un par de cargas utilizando moléculas que pueden aceptar un excitón triplete con una energía quees la mitad de la energía del excitón singlete de la molécula.
En tales moléculas, el singlete puede transferir la mitad de su energía a una molécula vecina mientras conserva la mitad de la energía para sí mismo, lo que resulta en la creación de dos tripletes a partir de un singlete. Este proceso se llama fisión de singlete.
Los excitones de triplete se transfieren a un segundo tipo de molécula que utiliza la energía para emitir luz infrarroja cercana. En el presente trabajo, los investigadores pudieron convertir los pares de carga en tripletas de 100.8%, lo que indica que 100% no eseste es el primer informe de un OLED que utiliza la fisión singlete, aunque se ha observado previamente en células solares orgánicas.
Además, los investigadores podrían evaluar fácilmente la eficiencia de la fisión del singlete, que a menudo es difícil de estimar, en base a la comparación de la emisión infrarroja cercana y las cantidades traza de emisión visible de los singletes restantes cuando el dispositivo está expuesto a varios campos magnéticos.
"La luz infrarroja cercana juega un papel clave en las aplicaciones biológicas y médicas junto con las tecnologías de comunicación", dice Chihaya Adachi, director de OPERA. "Ahora que sabemos que la fisión singlete puede usarse en un OLED, tenemos un nuevo camino parapotencialmente superar el desafío de crear un OLED de infrarrojo cercano eficiente, que encontraría un uso práctico inmediato ".
La eficiencia general sigue siendo relativamente baja en este trabajo inicial porque la emisión infrarroja cercana de los emisores orgánicos es tradicionalmente ineficiente, y la eficiencia energética, por supuesto, siempre se limitará a un máximo del 100%. Sin embargo, este nuevo método ofrece una manera deaumentar la eficiencia y la intensidad sin cambiar la molécula emisora, y los investigadores también están buscando mejorar las moléculas emisoras mismas.
Con nuevas mejoras, los investigadores esperan obtener una eficiencia de producción de excitones de hasta 125%, que sería el próximo límite, ya que la operación eléctrica conduce naturalmente a 25% de singletes y 75% de trillizos. Después de eso, están considerando ideas para convertir trillizosen singletes y posiblemente alcancen una eficiencia cuántica del 200%.
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Materiales proporcionados por Universidad de Kyushu, OPERA . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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