[PWC-MEDIA] Persbericht: Zo maak je plastic elektronica zonder ladingsvallen



       



       

      Persbericht

      Rijksuniversiteit Groningen / nummer 111 / 30 juli 2012

       

      Zo maak je plastic elektronica zonder ladingsvallen
       

      De belofte van goedkope massaproductie is een van de pluspunten van 
plastic elektronica. Maar plastic halfgeleiders hebben een groot nadeel: het 
materiaal bevat verontreinigingen die de stroom beïnvloeden doordat ze ladingen 
wegvangen. Er is weinig bekend over de precieze aard van deze ladingsvallen, 
die het rendement van plastic LEDs en zonnecellen vermindert. Maar nu laat een 
studie van een onderzoeksteam van de Rijksuniversiteit Groningen en Georgia 
Tech zien dat er een gemeenschappelijk mechanisme bestaat waardoor deze vallen 
ontstaan. Bovendien is er een theoretisch model opgesteld dat laat zien hoe 
plastic halfgeleiders zonder ladingsvallen ontworpen kunnen worden. De 
resultaten staan op 29 juli als voorpublicatie op de website van het 
tijdschrift Nature Materials.

       

      Plastic halfgeleiders zijn gemaakt van op koolstof gebaseerde 
(organische) polymeren en zijn onder meer te gebruiken voor het maken van 
plastic LEDlampjes. In zo'n plastic LED worden via een elektrische spanning 
elektronen geïnjecteerd in een moleculaire orbitaal (dat is de baan van een 
elektron) op een hoger dan normaal energieniveau. Midden in de actieve laag van 
de LED gaan de elektronen van het hoge naar het normale energieniveau waarbij 
energie vrijkomt in de vorm van fotonen (lichtdeeltjes). Het energiebereik 
tussen beide niveaus heet de 'energiekloof' en bepaalt de kleur van het 
uitgezonden licht. 

       

      Knik
      De elektronen in de LED kunnen echter tijdens hun transport door het 
halfgeleidermateriaal ook vast komen te zitten in een landingsval, waardoor ze 
niet meer voor de productie van licht kunnen zorgen. Bovendien neemt de 
elektronenstroom in het materiaal af, waardoor het gebied waar elektronen 
worden omgezet in fotonen niet meer precies in het midden van de LED laag ligt. 
'En daardoor neemt de lichtopbrengst van de LEDs af,' legt Herman Nicolai uit, 
eerste auteur van het artikel in Nature Materials. Waar de ladingsvallen 
precies uit bestaan is niet exact bekend. Er is gesuggereerd dat ze ontstaan 
door knikken  in de polymeerketens of onzuiverheden in het materiaal. 

       

      Verontreiniging
      'Om dit raadsel op te lossen hebben we de eigenschappen van ladingsvallen 
in negen verschillende polymeren onderzocht,' zegt Nicolai. Uit die 
vergelijking bleek dat de vallen in alle materialen een zelfde energieniveau 
hebben. 'Theoretische berekeningen laten zien dat dit energieniveau komt goed 
overeen met dat van een water-zuurstof complex. Zulke complexen zouden tijdens 
de productie van het halfgeleidermateriaal kunnen ontstaan, zelfs wanneer dat 
gebeurt onder een beschermende atmosfeer.' Nicolai maakte de 
halfgeleiderschakelingen zelf in een stikstofatmosfeer. Maar zelfs dat kan niet 
voorkomen dat je een verontreiniging met minimale hoeveelheden van het 
water-zuurstof complex krijgt.

       

      Vallen
      Omdat de ladingsval in alle materialen ongeveer hetzelfde energieniveau 
heeft, is het nu mogelijk uit te rekenen welke elektronenstroom je kunt 
verwachten in allerlei verschillende organische polymeren. En het geeft ook aan 
hoe plastic halfgeleiders zonder ladingsvallen ontworpen kunnen worden. 'De 
energie van de vallen ligt in de energiekloof,' legt Nicolai uit. Die kloof is 
het verschil in energie tussen de buitenste schil waarin de elektronen normaal 
gesproken rondcirkelen en de hogere orbitaal waarin de elektronenstroom door 
het materiaal heen gaat. Wanneer een elektron uit die stroom een ladingsval 
tegenkomt, zal het erin vallen omdat het energieniveau in de val lager is. 'Dus 
wanneer chemici een halfgeleidend polymeer kunnen maken waarvan de energie van 
de ladingsval boven die van de hogere orbitaal ligt, dan kunnen elektronen er 
niet in vallen.' Want in dat geval is het energieniveau in de val hoger dan dat 
van het elektron.

       

      Efficiëntere ontwerpen
      De resultaten van het onderzoek zijn van belang voor zowel plastic LEDs 
als plastic zonnecellen. 'In beide systemen wil je niet dat de elektronenstroom 
door de vallen afnemen. Met onze resultaten is het mogelijk efficiëntere 
ontwerpen te maken voor die systemen,' besluit Nicolai. Het experimentele deel 
van het beschreven onderzoek is uitgevoerd in het Zernike Institute for 
Advanced Materials, een onderzoeksinstituut van de faculteit Wiskunde en 
Natuurwetenschappen van de Rijksuniversiteit Groningen. Het theoretsiche werk 
om de oorpsprong van de ladingsval te identificeren is uitgevoerd aan de School 
of Chemistry and Biochemistry and Center for Organic Photonics and Electronics 
van het Georgia Institute of Technology in Atlanta (USA).

       

      Noot voor de pers
      Contact: 

      Herman Nicolai, e-mail: herman.nicolai@xxxxxx, tel. 06-19500313.

      Gert-Jan Wetzelaer, e-mail: G.A.H.Wetzelaer@xxxxxx, tel. 050-3634370

       

      Referentie: H. T. Nicolai1, M. Kuik1, G. A. H.Wetzelaer1, B. de Boer1, C. 
Campbell2, C. Risko2, J. L. Brédas2,4 and P.W. M. Blom1,3* Unification of 
trap-limited electron transport in semiconducting polymers. Nature Materials, 
published online: 29 July 2012 | DOI: 10.1038/NMAT3384

       

      1Molecular Electronics, Zernike Institute for Advanced Materials, 
University of Groningen, Nijenborgh 4, 9747 AG, Groningen, The Netherlands, 
2School of Chemistry and Biochemistry and Center for Organic Photonics and 
Electronics, Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia 30332-0400, USA, 
3TNO/Holst Centre, High Tech Campus 31, 5605 KN Eindhoven, The Netherlands, 
4Department of Chemistry, King Abdulaziz University, Jeddah 21589, Saudi 
Arabia. 


--------------------------------------------------------------------------

      Redactie

      Afdeling Communicatie / Postbus 72, 9700 AB Groningen / 050-363 44 44 / 
communicatie@xxxxxx / www.rug.nl

        

       

      Afmelden Persberichten

      E-mail: communicatie@xxxxxx 

       

      Rijksuniversiteit Groningen

      De Rijksuniversiteit Groningen is een mondiaal georiënteerde research 
universiteit, geworteld in Groningen, City of Talent. Bevindt zich op 
invloedrijke ranglijsten rond de top-100. Is geliefd bij studenten (27.000) en 
medewerkers (5500) uit binnen- en buitenland. Zij worden uitgedaagd het beste 
uit zichzelf te halen; talent krijgt de ruimte, kwaliteit staat centraal. De 
universiteit werkt actief samen met maatschappelijke partners en profileert 
zich op de thema's Healthy Ageing, Energy en Sustainable Society.

PNG image

PNG image

PNG image

PNG image

Other related posts:

  • » [PWC-MEDIA] Persbericht: Zo maak je plastic elektronica zonder ladingsvallen - Communicatie RUG