Forskare designar flexibla LEC-komponenter för effektiv ljusemission

Forskare från Umeå universitet och Uppsala universitet har utvecklat en ny metod för att kontrollera ljusemissionen hos den nya ljuskällan ljusemitterande elektrokemiska celler, som förkortas LEC. Studien publiceras i Advanced Materials.

– Vi visar att man kan kontrollera positionen där ljus bildas i det aktiva lagret genom rationella förändringar i materialsammansättning, säger Joan Ràfols-Ribé, postdoktor på Institutionen för fysik vid Umeå universitet.

En LEC är en tunn och flexibel ljuskälla som består av elektriskt ledande kolbaserade material. De består av ett tunt lager på 100 till 500 nanometer (cirka 1 000 gånger tunnare än ett människohårs diameter) inklämt mellan två elektroder, en reflekterande och en transparent som släpper ut ljuset. En LEC drivs med en låg spänning och avger ljus från en yta, inte från en punkt som traditionella ljuskällor.

Det karakteristiska kännetecknet för LECar är att de arrangerar sig själva till en ljusemitterande struktur, som liknar strukturen hos ljusemitterande dioder (LED), när en spänning appliceras mellan de två elektroderna. Omorganiseringen sker via mobila joner, som finns i det aktiva lagret. Tack vare denna omorganisation kan elektroniska laddningar injiceras från elektroderna och färdas mot varandra i det aktiva lagret. Där laddningarna möts skapas ljuset.

– Positionen där denna ljusemission äger rum i det aktiva lagret, till exempel i mitten eller nära en av elektroderna, spelar stor roll för effektiviteten och det emitterade ljusets färg. Hittills har LEC-forskare haft mycket liten kontroll över positionen där laddningarna möts och ljuset skapas, fortsätter Joan Ràfols-Ribé.

Nu visar forskare från Umeå och Uppsala universitet att man kan kontrollera positionen genom designade förändringar av materialsammansättningen i det aktiva lagret. Forskarna har tillverkat tre nästan identiska LECar, i termer av material, men med en skillnad i effektivitet på upp till 60 procent. Skillnaden kommer från kemiska modifikationer av den så kallade jontransportören, molekylen som möjliggör att jonerna kan röra sig i det aktiva lagret. Dessa modifikationer förändrar förmågan hos de elektroniska laddningarna att röra sig genom det aktiva lagret, vilket påverkar var laddningarna möts och därmed var ljuset bildas.

Tänk dig två tåg som avgår samtidigt och mot varandra, ett som går från Stockholm och ett från Umeå. Om tågen har samma hastighet möts de i mitten – låt oss säga Sundsvall. Men om vi nu medvetet sätter ett långsammare lok på tåget från Stockholm, kommer tågen mötas närmare Stockholm, typ Gävle.

– I tåganalogin spelar det ingen roll var tågen möts, men i en LEC har det en enorm effekt och det vi har lyckats med är att få kontroll över var tågen (dvs var laddningarna) möts, säger Joan Ràfols-Ribé.

Slutsatsen i studien är att det möjligt att kontrollera positionen där ljus bildas i en LEC via enkla och billiga modifikationer av materialen i det aktiva lagret, vilket resulterar i ökad LEC-prestanda.

Om den vetenskapliga artikeln:

Ràfols-Ribé. J. et al: Controlling the Emission Zone by Additives for Improved Light-Emitting Electrochemical Cells. Advanced materials. Vol 34 Issue 8. https://doi.org/10.1002/adma.202107849

Pressbilder

Två pressbilder

För mer information, kontakta gärna:

Joan Ràfols-Ribé, postdoktor på Institutionen för fysik vid Umeå universitet
Telefon: 090-7866317
E-post: joan.rafols-ribe@umu.se
Personlig sida: https://www.umu.se/personal/joan-rafols-ribe/