Esnek kuantum noktacık tabanlı platformlarda üretilen yenilikçi organik ışık saçan diyotlar

Abstract

Işık saçan organik diyotlarda renk saflığı ve dalga boyunun ayarlanabilmesini sağlamak için kuantum noktacıkları kullanmak büyük önem arz etmektedir. Yarı iletken koloidal kuantum noktacıklar biyo-teknolojiden opto-elektroniğe uzanan geniş bir yelpazede ışık hasadı uygulamaları için oldukça önemli malzemelerdir. Birkaç nanometreden onlarca nanometreye uzanan fiziksel boyutları, kuantum noktacıkların kuantum mekaniksel özelliklerini ön plana çıkarır. Boyutlarının değiştirilmesiyle optik ışıma ve soğurma tayflarının değişimi, dar ışıma tayfları, yüksek kuantum verimlilikleri ve uzun süreli ışıma kararlılıkları kuantum noktacıkları diğer ışık saçan organik boya ve floroforlardan üstün hale getirmektedir. Bu proje kapsamında yüksek verimli, Cd içermeyen, InP-tabanlı InP/ZnS kuantum noktacık yarıiletken malzemeleri sentezlendi. Geliştirdiğimiz sentez reçetesi sayesinde kuantum verimlilik değerlerini yeşil ışık yayan kuantum noktacıklarda %90’lara yükseltmeyi ve renk saflığının göstergesi olan FWHM değerini ise 44 nm’ye kadar düşürmeyi başardık. Sentezlenen kuantum noktacıklar polimer içerisine gömülerek polimerik filmler hazırlandı ve bu polimerik filmler içerisindeki donor ve acceptor kuantum noktacıklar arasındaki enerji transferi araştırıldı. Ayrıca Cd içermeyen bu yarıiletken nanokristaller mavi LED üzerinde renk dönüşüm ajanları olarak kullanılarak beyaz ışığın tüm parametreleri araştırıldı ve kullanılan yöntem ile teorik hesaplamalar sayesinde kaliteli beyaz ışık üretimi gerçekleştirildi. Yüksek miktardaki renk saflığından dolayı Cd-tabanlı CdSe/ZnS kuantum noktacıkları da beyaz ışık üretiminde kullanılmak üzere sentezlendi. %98 kuantum verimliliğine ve 27 nm FWHM değerine ulaşıldı. Gerek CdSe temelli, gerekse InP temelli malzemeler için gerçekleştirilen bu çalışmalarda bu malzemeler için dünyadaki en yüksek kalite değerlerine ulaşılmıştır. Sentezlenen numuneler ile kendi başına durabilen esnek polimerik filmler üretildi ve yüksek saflıkta ışık yayan kuantum noktacıklar içeren polimerik filmler sayesinde yüksek kalitede beyaz ışık elde edildi. Son olarak, üniversitemize OLED üretim sistemi alt yapısının kurulmasını takiben farklı mimarilere sahip OLED cihazları üretildi. Ayrıca son yıllarda kuantum noktacık içeren OLED cihazlarındaki gelişmeler ışığında laboratuvar ortamında sentezlediğimiz kuantum noktacıkları OLED mimarisi içerisinde verimli bir şekilde kullanmayı ve esnek özellikteki OLED cihazını aktif bir şekilde çalıştırmayı başardık. Üretilen cihazların karakterizasyonu sonucunda kuantum noktacık içeren OLED cihazının daha verimli ve kararlı olduğu anlaşıldı. Bu doğrultuda üniversitemiz laboratuvarında üretilen en verimli OLED cihazının üzerine projede açıklandığı şekliyle kendi başına durabilen esnek filmler konularak kaliteli beyaz ışık elde edildi. Dünyada ilk kez bu yaklaşımla üretilen yüksek kalitedeki beyaz ışığın ve sunulan bu yaklaşımın yeni teknolojilerle birlikte aktif bir şekilde kullanılacağını düşünmekteyiz.

Using colloidal quantum dots in organic light emitting diodes in order to provide color purity and wavelength tunability is an important aspect. Semiconductor colloidal quantum dots are important materials for wide range of light harvesting applications ranging from biotechnology to optoelectronics. Their physical sizes from few to tens of nanometers allow them to exhibit quantum mechanical size effects. The emission wavelength and absorption profile tunability by changing the size, narrow emission spectral width, high quantum yield and long term photostability make quantum dots a superior material compared to other fluorescent agents like organic dyes and fluorophores. In this project, highly efficient Cd-free InP-based InP/ZnS QDs semiconductor nanocrystals were synthesized. Given to the improved synthesis recipe, we successfully increased the quantum efficiency of the green emissive QDs up to 90% and decreased the FWHM value, which is the indicator of the color purity, down to 44 nm. Synthesized QDs were embedded in polymeric matrix and energy transfer in polymeric film between donor and acceptor quantum dots was explored. Furthermore, all white light parameters were investigated by using Cd-free nanocrystals as a color converter with the integration of blue LED. Owing to the used method and theoretical calculations, high quality white light generation were carried out. We also synthesized Cd-based CdSe/ZnS QDs due to the high color purity of their emission. Quantum efficiency and FWHM of the synthesized sample was found 98% and 27 nm, respectively. Polymeric free-standing films were produced by using synthesized samples and high quality white light was generated thanks to the highly efficient white light materials. Finally, following the establishment of the OLED manufacturing infrastructure in our university, we succeed to use our QDs efficiently in the OLED architecture and to produce flexible OLED devices. We found out that QD incorporated OLED devices are more efficient than OLED devices without using QDs. High quality white light was generated by using highly flexible polymeric QD-films hybridized with blue emissive OLED device, which was produced in our laboratory during the project. We think that generated high quality white light and presented approach, which is the first time in the world, in this project will be used in new technologies