Umeå universitets logga

umu.sePublikationer
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Design rules for light-emitting electrochemical cells delivering bright luminance at 27.5 percent external quantum efficiency
Umeå universitet, Teknisk-naturvetenskapliga fakulteten, Institutionen för fysik. LunaLEC AB. (The Organic Photonics and Electronics Group)ORCID-id: 0000-0003-1274-5918
Umeå universitet, Teknisk-naturvetenskapliga fakulteten, Institutionen för fysik. LunaLEC AB. (The Organic Photonics and Electronics Group)ORCID-id: 0000-0002-7811-8098
(The Organic Photonics and Electronics Group)ORCID-id: 0000-0003-3481-5163
Umeå universitet, Teknisk-naturvetenskapliga fakulteten, Institutionen för fysik. (The Organic Photonics and Electronics Group)
Visa övriga samt affilieringar
2017 (Engelska)Ingår i: Nature Communications, E-ISSN 2041-1723, Vol. 8, artikel-id 1190Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

The light-emitting electrochemical cell promises cost-efficient, large-area emissive applications, as its characteristic in-situ doping enables use of air-stabile electrodes and a solution-processed single-layer active material. However, mutual exclusion of high efficiency and high brightness has proven a seemingly fundamental problem. Here we present a generic approach that overcomes this critical issue, and report on devices equipped with air-stabile electrodes and outcoupling structure that deliver a record-high efficiency of 99.2 cd A(-1) at a bright luminance of 1910 cd m(-2). This device significantly outperforms the corresponding optimized organic light-emitting diode despite the latter employing calcium as the cathode. The key to this achievement is the design of the host-guest active material, in which tailored traps suppress exciton diffusion and quenching in the central recombination zone, allowing efficient triplet emission. Simultaneously, the traps do not significantly hamper electron and hole transport, as essentially all traps in the transport regions are filled by doping.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Nature Publishing Group, 2017. Vol. 8, artikel-id 1190
Nationell ämneskategori
Annan fysik Den kondenserade materiens fysik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:umu:diva-141807DOI: 10.1038/s41467-017-01339-0ISI: 000413894100012PubMedID: 29085078Scopus ID: 2-s2.0-85032587387OAI: oai:DiVA.org:umu-141807DiVA, id: diva2:1160630
Tillgänglig från: 2017-11-27 Skapad: 2017-11-27 Senast uppdaterad: 2023-03-28Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Light for a brighter morrow: paving the way for sustainable light-emitting devices
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Light for a brighter morrow: paving the way for sustainable light-emitting devices
2020 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Alternativ titel[sv]
Ljus för en ljusare morgondag : banar väg för hållbara ljuskällor
Abstract [en]

We live in an artificially lit world, where light enhances our productivity and improves our quality of life. Today our appetite for light is stronger than ever, and emerging light-emitting technologies do not just replace the classical incandescent light bulb, they also open up for a new world of applications. The problem is that our environment does not cope with the increased energy demand during fabrication and usage, and the insufficient recycling that currently follows this rapid technological development. We must therefore adapt, and from here on out consider the entire environmental footprint and the necessity of our devices. Organic electronics has the potential to become sustainable. It allows for cheap and energy-efficient fabrication methods, using abundant materials, mainly carbon. Such sophisticated conductive plastics can be made thin and flexible, and they are thereby very versatile. It is in this context that we find the light-emitting electrochemical cell (LEC)—a strong contender for affordable and sustainable light. The LEC has a simple device design that is fit for solution based fabrication and new useful applications in, for example, medicine. The simple LEC design is enabled by its operational mechanism, where mobile ions aid electronic charge injection and improves electric conductivity by electrochemical doping. However, this dynamic nature complicates the attainment of devices that are efficient, bright, and retain a long lifetime. Herein, we face these challenges with sustainability as the beacon. We find that careful design of the active material, and selection of its constituents, can lead to LECs that are both efficient and bright. Importantly we show that this is attainable with entirely organic active materials, via thermally activated delayed fluorescence; thereby moving away from unsustainable phosphorescent emitters that contain problematic rare metals. With large-scale manufacturing in mind, we introduce a tool that identifies environmentally benign and functional solvents. Furthermore we design and validate a realistic optical model that unveils the common optical loss mechanisms in LECs. The insights gained guide the optical design of highly efficient LECs in the transition towards an upscaled production.I hope that the progress made will contribute to a road map for the design of sustainable light-emitting devices. It is then our responsibility, as a society, to make use of them where needed.

Abstract [sv]

Vår värld är fylld av ljuskällor som bidrar till både vår livskvalitet och produktivitet. Idag är suget efter ljus större än någonsin, då nya ljuskällor inte bara ersätterde gamla, utan öppnar även upp för helt nya användningsområden. Problemet är att vår miljö inte klarar av den höga energiförbrukningen och bristfälliga återvinningen, som följer den ökade användningen. Vi måste därför anpassa oss, och se över det totala miljöavtrycket från både tillverkning och användning av våra produkter. En hållbar lösning kan vara organisk elektronik. Denna teknik möjliggör för billig och energieffektiv tillverkning, och baseras på vanligt förekommande ämnen, främst kol. Dessa elektriskt ledande plaster kan göras både tunna och böjbara och är därmed väldigt anpassningsbara. En så kallad ljusemitterande elektrokemisk cell (LEC) har en förhållandevis enkel konstrution. Den lämpar sig för energisnål tillverkning, och för nya användningsområden inom exempelvis medicin. En LECs enkla konstruktion är möjlig tack vare rörliga joner i det aktiva materialet. Jonerna möjliggör injektion av elektroniska laddningar till det aktiva materialet och förbättrar dess elektriska ledningsförmåga genom elektrokemisk dopning. Dynamiken i det aktiva materialet försvårar dock utvecklingen — det är svårt att få fram komponenter med hög effektivitet och ljusstyrka, som samtidigt har en lång livslängd. I denna avhandling tar vi oss an dessa utmaningar med hållbarhet som ledord. Vi visar att noggrant utvalda material, och design av det aktiva materialet, kan göra att en LEC blir både ljusstark och effektiv. Vi visar dessutom att detta inte kräver ohållbara fosforescerande material, som ofta innehåller problematiska ädelmetaller, utan att det är möjligt från helt organiska material via termiskt aktiverad fördröjd fluorescens. Framtidsbilden för en LEC är storskalig tillverkning, men för en sådan krävs också stora mängder lösningsmedel. Med detta i åtanke har vi skapat ett verktyg för att identifiera lämpliga miljövänliga lösningsmedel. Dessutom har vi utvecklat en realistiskoptisk beräkningsmodell med god experimentell överrensstämmelse. Modellen ger oss en bättre förståelse för de olika optiska förlustkanalerna i en LEC, vilket är viktigt för att bibehålla deras prestanda i övergången till storskalig tillverkning. Jag hoppas att vägen vi banat kommer skynda på utvecklingen av hållbara ljuskällor samt att vi alla tar vårat ansvar och ser till att de används på ett ansvarsfullt sätt.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Umeå: Umeå universitet, 2020. s. 54
Nyckelord
Artificial Light, Organic Electronics, Photophysics, Light-emitting Electrochemical Cells, Thermally Activated Delayed Fluorescence, Host-Guest, Sustainability, Solution Processing
Nationell ämneskategori
Nanoteknik Den kondenserade materiens fysik Annan fysik
Forskningsämne
fysik
Identifikatorer
urn:nbn:se:umu:diva-170454 (URN)978-91-7855-243-6 (ISBN)978-91-7855-244-3 (ISBN)
Disputation
2020-06-05, MA121, MIT-huset, Umeå, 09:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Tillgänglig från: 2020-05-15 Skapad: 2020-05-08 Senast uppdaterad: 2020-05-12Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

fulltext(2594 kB)460 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT01.pdfFilstorlek 2594 kBChecksumma SHA-512
9c66448f2f4c634d756757bd8dea3c67461b388113c68a9e719469ecc067e8c5335a7a15a9bfb63ffcdf15595ade6dc6eb26875e5192b5891e352bb42d29a4de
Typ fulltextMimetyp application/pdf

Övriga länkar

Förlagets fulltextPubMedScopus

Person

Tang, ShiSandström, AndreasLundberg, PetterLanz, ThomasLarsen, ChristianEdman, Ludvig

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Tang, ShiSandström, AndreasLundberg, PetterLanz, ThomasLarsen, ChristianEdman, Ludvig
Av organisationen
Institutionen för fysik
I samma tidskrift
Nature Communications
Annan fysikDen kondenserade materiens fysik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 465 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

doi
pubmed
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
pubmed
urn-nbn
Totalt: 931 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf