DIODOS ELECTROUMINISCENTES MULTICAPA DE POLÍMEROS CONJUGADOS Y NANOPARTÍCULAS METÁLICAS

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ALBA REBECA GUTIÉRREZ MELÉNDEZ

 

RESUMEN

Un diodo electroluminiscente es un dispositivo optoelectrónico el cual convierte una corriente eléctrica en luz. Cuando se aplica un campo eléctrico, el ánodo y el cátodo inyectan huecos y electrones que se recombinan en la capa emisora generando estados electrónicos  excitados (excitones), los cuales emiten fotones (luz) cuando éstos regresan a su estado fundamental. Existen varios factores que influyen en la eficiencia externa del dispositivo. A nivel molecular, se tiene que diseñar una estructura química conjugada que permita un buen  rendimiento cuántico. En este contexto, en diversos trabajos previos, así como en la literatura, se ha demostrado ampliamente que los  fenilenetinilenos son moléculas que responden a este requisito. Además se tiene la experiencia para modular sus propiedades ópticas a partir de la funcionalización oportuna, o copolimerización. En este contexto, recientemente se ha logrado la síntesis de nuevos oligomeros del tipo 2,5-bis(dodecanoxi)-fenilenbutadiino portadores de diacetilenos como parte central con dos, cuatro, seis y ocho unidades  repetitivas. El estudio de sus propiedades ópticas revela que de todos los oligómeros el tetrámero es el que presenta mayores  rendimientos cuánticos en películas de hasta 50% con bajas rugosidades lo cual lo convierte en un candidato ideal para su aplicación en diodos electroluminiscentes. Sin embargo queda pendiente el desarrollo de los dispositivos ya que la eficiencia de estos depende también y de forma sustancial de factores extrínsecos, es decir, de los relacionados con la construcción del diodo. Principalmente se tiene que  tomar en cuenta los fenómenos de interfase entre los electrodos y la capa del material activo los cuales afectan la recombinación  electrón/hueco en la capa emisora. Una estrategia para mejorar estos aspectos es la de depositar capas fotomoduladoras entre los  electrodos y la capa emisora. Estos, al inyectar huecos (por parte del ánodo) y electrones (por parte del cátodo) aumentan la eficiencia de la recombinación de cargas en la capa emisora por la disminución de las barreras energéticas entre las funciones de trabajos de los  electrodos y los valores HOMO (del lado del ánodo) y LUMO (por parte del cátodo). Para ello, el diodo se elabora como diodo  electroluminiscente multicapa o “multilayer”.

Otro de los aspectos más significativos del uso de estructuras multicapas radica en el confinamiento de los portadores de carga dentro de la película emisora debido a un balanceado transporte e inyección de cargas.

Particularmente es importante la interfase entre ánodo y capa emisora ya que la película metálica que constituye el cátodo se deposita por evaporación en vacío lo cual permite asegurar un buen contacto con la capa emisora. Además las barreras energéticas entre LUMO y función de trabajo del cátodo son normalmente menores a las de inyección de huecos.

Uno de los materiales más promisorios como inyector de huecos es el poli(3,4-etilen dioxi-2,4 tiofeno) (PEDOT) dopado con poli(estiren  sulfonato) (PSS), gracias a; su fácil procesamiento, buenas propiedades de resistencia mecánica y de formación de película, su alta  transparencia óptica en la región del visible así como su excelente estabilidad a las condiciones medio ambientales e incluso a altas  temperaturas cercanas a los 1000C.

En los años recientes se ha observado una mejora sustancial en la eficiencia de los diodos electroluminiscentes al incorporar nanoestructuras metálicas de oro y plata ya sea en la capa emisora o bien como capas moduladoras de electrones y/o huecos.  Por lo general se mezclan suspensiones de partículas previamente sintetizadas con soluciones de polímeros conjugados. Esto implica la presencia residual de los agentes protectores o pasivantes de las partículas además de que la mezcla puede ser poco estable generando  separación de fase en la capa. Ambos factores pueden afectar las propiedades ópticas y eléctricas del composito y por lo tanto del  dispositivo.  Recientemente, en nuestro grupo de investigación se ha reportado una ruta de síntesis directa la cual permite obtener nanopartículas de oro y plata funcionalizadas in situ con el PEDOT:PSS. Los compositos presentan mayor conductividad eléctrica en comparación al polímero precursor y mayor rango de absorción. A partir de estos antecedentes, en este proyecto de investigación se plantea desarrollar diodos electroluminiscentes híbridos constituidos del tetrámero fenilenbutadiino y nanopartículas metálicas en configuración de capa multiple en donde las nanopartículas puedan incorporarse en la capa del material inyector de huecos.

DIODOS ELECTROUMINISCENTES MULTICAPA DE POLÍMEROS CONJUGADOS Y NANOPARTÍCULAS METÁLICAS


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