Des chercheurs de l’Université de Kyushu au Japon ont mis au point un moyen simple de modifier les propriétés des OLEDs (diodes électroluminescentes organiques), tout en augmentant par 8 fois, l’efficacité des émissions. Le développement pourrait conduire à des composants électroniques organiques dotés d’une plus forte performance, et qui pourraient changer leurs propriétés en réponse à des stimuli externes comme la pression.
Pour fonctionner de manière optimale, les matériaux actifs à l’intérieur d’un dispositif électronique doivent être réglés avec un haut degré de précision. L’électronique organique tels que les OLEDs et les cellules solaires organiques sont très prometteuses pour la fabrication de composants électroniques bon marché, flexibles et transparents, mais ils se révèlent également difficiles à modifier, au besoin, et cet inconvénient a créé du retard pour leur développement.
Les propriétés électriques d’un matériau proviennent en partie de la façon dont les paires de particules chargées – les électrons négatifs et des «trous d’électrons » positifs – se rejoignent. Dans la plupart des semi-conducteurs, ces paires existent comme des entités distinctes, mais à l’intérieur d’un matériau organique, elles deviennent intégrées dans une seule molécule organique, ce qui les rend beaucoup plus difficile à adapter et rend l’électronique organique plus difficile à faire travailler. A titre d’exemple, dans le cas des OLEDs, trois molécules organiques différentes doivent être conçues dans le but spécifique d’émettre une lumière rouge, vert et bleu.
Aujourd’hui, des chercheurs dirigés par le professeur Hajime Nakanotani ont découvert qu’ils peuvent changer de manière significative les propriétés électriques d’un dispositif OLED sans changer aucun de ses matériaux, tout en introduisant une petite entretoise entre deux couches clés de semi-conducteurs.
La couche sépare la partie du semi-conducteur organique avec un excès de charges négatives (couche de donneur) de la portion avec des charges positives en excès (couche « accepteuse») et cette épaisseur contrôle les manières dont les deux interagissent. Plutôt que de prendre la main dans une seule molécule, les charges opposées maintenant restent logées dans deux molécules séparées de chaque côté de l’entretoise, formant ce qui est connu comme un « exciplexe (1). »
«En augmentant l’épaisseur d’une couche extrêmement mince de molécules organiques insérées comme une entretoise entre la couche « donneur » et «accepteuse », nous pourrions réduire l’attraction entre le trou et l’électron dans l’exciplexe et donc influencer grandement sur l’énergie du exciplexe, sa durée de vie, la couleur d’émission et l’efficacité », souligne Hajime Nakanotani.
Une entretoise de5 nanomètres a décalé la couleur d’émission de l’OLED de l’orange au vert-jaunâtre et a augmenté l’efficacité de l’émission de lumière par près de huit fois.
Les scientifiques ont également suggéré qu’ils pourraient utiliser une couche de 10 nanomètres (une épaisseur significative à l’échelle moléculaire) pour étudier plus en avant la façon dont se comportent les excitons et pour mieux conception l’électronique organique du futur.
Pour Hajime Nakanotani et ses collègues, cette avance est aussi un tremplin vers un nouveau type de dispositifs organiques dont les propriétés peuvent être contrôlées par des forces externes comme la pression, plutôt que par l’épaisseur de la couche d’espacement.
1) Les exciplexes sont des molécules hétéronucléaires qui ne sont stables que dans des états électroniquement excités.
http://advances.sciencemag.org/content/2/2/e1501470
https://www.kyushu-u.ac.jp/english/
