Charge injection into organic semiconductors

Het onderzoek betreft ladingsinjectie in organische halfgeleiders. Organische halfgeleiders zijn molekulen of polymeren met electronische eigenschappen verwant aan klassieke halfgeleiders als Silicium en dergelijke. Mijn onderzoek is vooral gericht op polymeren. De onderzochte polymeren worden hoofdzakelijk toegepast in lichtbronnen (polyLEDs). Een polyLED bestaat uit een –transparant- onderkontakt, de laag met de polymeer halfgeleider (actieve laag), en een bovenkontakt. De polyLED werkt doordat in de halfgeleider twee soorten ladingsdragers voorkomen, gaten en elektronen. Deze worden door de kontakten aangevoerd (geinjecteerd). Gaten zijn een tekort aan elektronen en hebben een lage energie in vergelijking met de electronen. Als de elektronen een gat opvullen komt energie vrij dat kan worden uitgezonden als licht. Mijn onderzoek heeft zich gericht op de relatie tussen het gebruikte kontakt en de stroom die kan worden afgeleverd aan of opgenomen uit de actieve laag. Tussen het kontakt en de halfgeleider vormt zich namelijk een energiebarriere. Als deze barriere groot genoeg is, wordt de stroom door de halfgeleider beperkt. Om de injectie-beperkte stroom te beschrijven, hebben we een model gebruikt dat de elektronische structuur van het polymeer in rekening brengt. Tot nog toe werd meestal gebruik gemaakt van injectiemodellen gebaseerd op klassieke halfgeleiders, die een compleet andere elektronische structuur hebben. Het injectie model voor polymeren kan de metingen uitstekend verklaren, het klassieke injectie model is niet in overeenstemming met onze experimenten. Verder hebben we een polymeer onderzocht dat erg grote injectiebarrieres vormt met alle bekende kontakt materialen. Dit is een polymeer dat blauw licht uitzendt, en blauw licht maken kost meer energie dan geel of rood licht, vandaar de grote energiebarriere. Verassend genoeg bleek een bepaald kontakt in staat om deze grote energiebarriere af te breken, met als gevolg een goed werkende blauwe polyLED. Dat blauwe polyLEDs goed werken was al bekend uit de literatuur, maar we hebben nu ook verklaard waarom: dichtbij het kontakt hoopt zich een heleboel lading op in de halfgeleider; deze ladingen bouwen lokaal een sterk elektrisch veld op. Tussen het kontakt en de halfgeleider zit een flinterdun laagje isolerend materiaal. Door het elektrische veld staat over dit laagje een spanning wat de elektronen die over de injectiebarriere moeten een extra duw in de rug geeft. Als laatste hebben we polyLEDs onderzocht, met bovenop de standaard actieve laag een extra laag van een ander halfgeleidend polymeer, een zogeheten heterojunctie. Men vermoedde dat in enkellaags polyLEDs dicht bij het topkontakt veel lichtenergie verloren gaat. Door de extra halfgeleidende laag wordt de lichtenergie uit de actieve laag bij het kontakt vandaan gehouden. Voorwaarde is dat in de extra laag geen lichtenergie wordt gevormd, en daartoe moet het transport van gaten over de heterojunctie worden beperkt. We hebben het beperkte gatentransport over de heterojunctie onderzocht en ook vergeleken met een model, iets wat nog nooit eerder is gedaan. Vervolgens hebben we laten zien dat in de dubbellaags polyLED het verlies van lichtenergie sterk wordt beperkt. Behalve dat dit aantoont dat in de enkellaags polyLED inderdaad lichtenergie aan het kontakt verloren gaat, hebben we daardoor ook de efficientie van de polyLED verbeterd.