Projekta nosaukums: Balto organisko gaismu izstarojošo diožu kristālisko izstarojošo slāņu izpēte, kas uzrāda emisiju, ko veicina tripleta stāvokļi
Pētniecības pieteikuma nr: 1.1.1.9/LZP/1/24/140
Projekta ilgums: 01.04.2025.-31.03.2028.
Projekta vadītājs: Oleksandr Bezvikonnyi
Kopējais finansējums: 184 140 EUR
Eiropas Reģionālās attīstības fonda (ERAF) finansējums: 156 519 EUR
LU CFI finansējums: 9207 EUR
Projekta kopsavilkums:
Lielākais šķērslis balto organisko gaismas diožu tehnoloģijas dominēšanai apgaismojuma un displeju tirgū ir zemā efektivitāte un stabilitāte. Projekta mērķis ir izstrādāt efektīvus kristāliskos OLED. Šajās ierīcēs tiks izmantoti emiteri, kuri ir kristāliskā formā un ir ar trīskāršu emisiju. Tādas parādības kā termiski aktivizētā aizkavētā fluorescence, istabas temperatūras fosforescence utt. ir prioritāras kā netoksiskas, videi draudzīgas pieejas. Vismodernākā efektivitāte un stabilitāte tiks sasniegta, izmantojot jaunizveidotus un sintezētus kristāliskos organiskos pusvadītājus (COS) ar ļoti orientētiem dipoliem, augstu lādiņnesēju kustīgumu un uzlabotu morfoloģiju. COS molekulārā iepakošana, ko veicina kristalizācija emitējošos slāņos, tiks izmantota WOLED efektivitātes paaugstināšanai ar mērķa vērtībām 30% no ārējās kvantu efektivitātes un krāsu renderēšanas indeksa 90. Mērķa vērtības tiks sasniegtas, optimizējot ierīces struktūru, iekļaujot dažādas izstarojošos slāņu sistēmas, uzlabojot lādiņu un slāņa kvalitāti, uzlabojot slāņa biezumu.
Šis projekts ir vērsts uz efektīvu balto organisko gaismas diožu (WOLED) izstrādi, izmantojot organiskos pusvadītājus ar kristāliskumu emisijas slāņos un tripletu eksitonu izmantošanu elektroluminiscencē. Galvenie projekta mērķi ir kristālisko organisko starotāju izstrāde, sintēze un raksturošana, kuriem piemīt tripletu pastiprināti procesi, piemēram, termiski aktivēta aizkavētā luminiscence (TADF), fosforescence istabas temperatūrā (RTP) u.c. Paredzētie OLED parametri, kas balstīti uz šiem starotājiem, ir ārējā kvantu efektivitāte (EQE) 30% un balta gaisma ar krāsu atveides indeksu (CRI) 90.
Projekts tiek īstenots Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūtā no 01.04.2025. līdz 31.03.2028. Projekta kopējās izmaksas ir 184 140,00 EUR.
PROJEKTA PROGRESS
Laika periods: 01.09.2025. - 31.01.2026.
Pārskata periodā pēcdoktorantūras pētnieks sadarbībā ar partnerinstitūcijām un to sadarbības partneriem sasniedza šādus rezultātus atbilstoši projekta īstenošanas plānam.
Tika konstatēts, ka ciānpiridīna atvasinājumu savienojumu sērijām raksturīga augsta termiskā stabilitāte, kur 5 % masas zuduma temperatūra svārstās no 456 līdz 529 °C. Savienojumu fotofizikālā raksturošana atklāja, ka emisijas īpašības, lādiņa pārneses (CT) raksturlielumi un emisijas spektrālā maksimuma novietojums ir atkarīgi no elektronu donora grupas stipruma, kas pievienota savienojumu struktūrai. Vienam no savienojumu paraugiem tika novērota lokāli ierosinātā stāvokļa emisijas un CT mijiedarbība.
Izstrādātajās saimnieka–viesa sistēmās tika panākta efektīva elektroniskās ierosmes enerģijas pārnese no saimnieka uz viesi, izmantojot pētītos savienojumus kā dopantus plānajās kārtās. Paraugu pētījumi dažādās temperatūrās apstiprināja TADF termisko aktivāciju un izslēdza citus iespējamos ilgdzīvās emisijas izcelsmes mehānismus. Tika izstrādāta stratēģija saimnieka–sensibilizatora–viesa sistēmas izveidei, izmantojot pētītos savienojumus un TADF COS efektīvas baltās gaismas iegūšanai.
Vairākas citas savienojumu sērijas tika pētītas līdzīgā veidā. Savienojumi, kuriem piemita COS īpašības, katrā sērijā uzrādīja izcilas ilgdzīvās, ar tripleto veicinātas emisijas īpašības salīdzinājumā ar nekristāliskajiem analogiem. Viens no pētītajiem savienojumiem vairākos paraugos, tostarp efektīvās saimnieka–viesa sistēmās, uzrādīja RTP un TADF mijiedarbības pazīmes.
Termisko, elektroķīmisko, fotofizikālo un lādiņu transporta īpašību dati, kā arī frontālo molekulāro orbitāļu enerģijas līmeņi, kas noteikti ar fotoelektronu emisijas spektroskopijas metodi, liecina par pētīto savienojumu piemērotību efektīvu OLED ierīču izstrādei.
Pēcdoktorantūras projekta īstenošanas ietvaros iegūtie provizoriskie rezultāti tika prezentēti 15. starptautiskajā konferencē “Optical Probes of Organic and Hybrid Semiconductors (OP2025)”, kas notika Fukuokā, Japānā. Stenda referāta nosaukums bija “Derivatives of cyanopyridine exhibiting thermally activated delayed fluorescence for efficient organic light emitting diodes”. Konferences laikā pēcdoktorants piedalījās tīklošanā, zinātniskajās diskusijās un rezultātu izplatīšanā.
Pēcdoktorants apmeklēja Dr. Gliba Barišņikova vadīto Organiskās elektronikas laboratorijas zinātnisko grupu Linkēpingas Universitātē Norrčēpingā, Zviedrijā, laika posmā no 01.12.2025. līdz 06.12.2026. Vizītes laikā pētnieks iepazinās ar partnerinstitūcijas infrastruktūru un piedalījās diskusijās par pētīto ciānpiridīna savienojumu teorētiskajiem pētījumiem projekta ietvaros. Papildus tam 04.12.2025. viņš uzstājās ar mutisku ziņojumu seminārā “Triplet-facilitated emission and its practical application”.
Laika periods: 01.04.2025. – 31.08.2025.
Šajā periodā pēcdoktorants uzsāka darbu kā viespētnieks Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūtā, iepazinās ar iekšējiem noteikumiem un drošības procedūrām, kā arī ieguva piekļuvi darba telpām un aprīkojumam.
Projekta ietvaros pēcdoktorants un partnerinstitūcijas veica pasākumus donora–akseptora tipa organisko pusvadītāju izstrādei, kuriem piemīt termiski aktivēta aizkavētā luminiscence (TADF) ar iespējamu citu tripletu pastiprinātu parādību, piemēram, fosforescences istabas temperatūrā (RTP), novērošanu. Saskaņā ar projekta plānu un sadarbībā ar projekta partneri Ļvivas Politehnisko Nacionālo universitāti un tās sadarbības partneriem tika sintezētas vairākas daudzsološu savienojumu sērijas, izmantojot to kristāliskuma īpašības un tripletu pastiprinātu emisiju.
Viena no sērijām ir cianopiridīna atvasinājumi ar dažādām elektronu donoru grupām, piemēram, fenoksazīnu, fenotiazīnu, dimetilakridīnu un tert-butilkarbazolu, kas izvēlētas, lai nodrošinātu termisko stabilitāti, augstu lādiņu transportu un savienojumu kvantu efektivitāti. Donora–akseptora struktūrai jānodrošina maksimālā aizņemtā un minimālā neaizņemtā molekulārā orbitāla (attiecīgi HOMO un LUMO) pārklāšanās samazināšana, tādējādi veicinot TADF procesu. Partnerinstitūcijas – Līnšēpingas Universitātes – zinātniskā grupa veic teorētiskos aprēķinus, izmantojot blīvuma funkcionālo teoriju, kas bija pamatā izstrādes stratēģijai un tiks turpināti, lai izpētītu ierosināto stāvokļu sadalījumu un to korelāciju ar emisijas un kristāliskuma īpašībām.
Otra sērija ir diaminobenzofenona atvasinājumi ar četrām fluoreņa grupām, kuru mērķis ir nodrošināt augstu caurumu drifta mobilitāti un TADF īpašības donora–akseptora mijiedarbības rezultātā (2.a attēls). Diferenciālās skenējošās kalorimetrijas (DSC) mērījumi atklāja, ka viens no šīs sērijas savienojumiem demonstrē kristāliskuma maksimumu, kas to padara par daudzsološu kandidātu kā kristālisks organiskais pusvadītājs projekta īstenošanai.
Vairākas citas izstrādes stratēģijas tiek apsvērtas savienojumu izstrādes gaitā, pamatojoties uz literatūras analīzi un teorētiskajiem aprēķiniem. To sintēze pašlaik turpinās.