Разработка и исследование гибкого гибридного перовскит-полимерного светодиода

В работе представлены научно-практические результаты формирования гибкого гибридного перовскит-полимерного светодиода. Авторами работы разработаны и реализованы конструкция, технологический маршрут формирования светодиода, исследованы основные свойства и характеристики изготовленного рабочего прототипа. Определено, что разработанная авторами технология существенно упрощает и удешевляет производство перовскит-полимерных светодиодов

Метод исследования: проектирование композитной многослойной конструкции, формирование технологического маршрута изготовления светодиодов на основе технологии перовскитов. Такая технология позволяет получать гибкие светодиоды с высоким КПД (выше 20%). Максимальная яркость светодиодов такого типа уже достигла значения более 50 000 кд/м2 [2]. Несомненными достоинствами выбранной технологии являются низкая стоимость перовскитов и простота работы с ними. Анализ литературных источников по проблемам разработки светодиодов не обнаружил технологических решений изготовления перовскитных конструкций без использования защитной атмосферы (и, следовательно, дорогостоящего оборудования). Используя известные конструкторские решения, мы разработали свою конструкцию светодиода на основе перовскитполимерного композита (рис. 1). В качестве подложки использовали гибкую подложку из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) с нанесенным на нее проводящим слоем оксида индия-олова (ITO). Следующими слоями являются дырочно-инжекционный слой PEDOT:PSS и излучающий перовскит-полимерный слой (CsPbBr3:PEO). В качестве гибкого электрода используется тонкая медная пластина и InGa-эвтектика, полученная методом сплавления исходных элементов на водяной бане в соотношении 1:3 при температуре 80℃ (рис. 2е). На следующем этапе мы разрезали ПЭТФ-подложки с нанесенным слоем ITO на небольшие заготовки нужных нам размеров (рис. 2а, 2б). Для улучшения адгезии мы очищали наши подложки механическими и химическими методами, включая ультразвуковую очистку в различных растворителях (ацетон и изопропиловый спирт) (Рис. 2в). На следующем этапе мы наносили на подложки дырочно-инжекционный и перовскитполимерный слои. Растворы материалов наносились методом центрифугирования в течение 1 минуты со скоростью 2500 об/мин, после чего покрытые раствором подложки отжигались на нагревательной плитке при температуре 120 ℃ для формирования тонкой пленки (≈350 нм) (рис. 2г). На следующем этапе мы изготавливали верхние электроды. Для этого из медного листа мы вырезали пластины нужных размеров. Далее мы зачищали их с помощью ортофосфорной кислоты и изопропилового спирта. Затем мы вырезали в них круглые отверстия диаметром 3 мм для заполнения эвтектикой, которая будет выполнять функцию катода (при этом наше устройство останется гибким и пластичным) (рис. 2д). Затем мы изготавливали электроды из очищенных с помощью ортофосфорной кислоты и изопропилового спирта медных пластин с отверстиями для индий-галлиевой эвтектики. Сформированные электроды мы закрепили на подложки каптоновым скотчем, после чего заполнили отверстия в медных электродах InGa-эвтектикой (рис. 2ж). После этого мы подключили полученный светодиод к лабораторному источнику питания («+» мы подали на ITO, а «-» на медную пластину с электродом из эвтектики) и наблюдали полученное свечение в зеленом спектре (рис. 2з). Мы измерили основные параметры устройства и занесли их в таблицу (таблица 1). После чего проводились испытания при низких и высоких температурах. Для этого изготовленные устройства охлаждались до -20 ºС, затем нагревались до +50 ºС. На каждом из этапов испытаний, устройства светились и показывали схожие параметры, как и при комнатной температуре. Следующим этапом работы стал процесс разработки и изготовления гибкого корпуса устройства. Такой корпус позволит дополнительно защитить устройство попадания от влаги. Для этого, используя средства графического проектирования, мы разработали макет, соответствующий геометрическим параметрам устройства, учитывающий выводы под контакты (рис. 3). После чего корпус был распечатан с использованием технологии 3D печати. В качестве материала был использован гибкий FLEX-полимер, который является гибким, упругим и эластичным.

• Цели
• Задачи
• Актуальность
• Результаты
• Применение
• Оборудование