Prima licht met een minimale hoeveelheid spanning

Met lichtgevende elektrochemische cellen (LEC’s) kun je een goedkope en gemakkelijk te vervaardigen verlichtingstechnologie ontwikkelen. Dergelijke cellen zijn dunne-film elektronische en ionische apparaten die licht produceren wanneer een lage spanning wordt toegepast. Onderzoekers hebben nu uitgebreide data-analyse gebruikt om eersteklas elektrochemische cellen te maken van kopercomplexen die blauw en wit licht uitstralen, aldus de Technische Universiteit van München in een persbericht.

Lichtemitterende elektrochemische cellen (LEC’s) zijn de eenvoudigste en meest kosteneffectieve dunne-film verlichtingsapparaten die tot dusver beschikbaar zijn. Zij bestaan uit één enkele actieve laag. Zij worden bijvoorbeeld gebruikt voor zogenaamde elektroluminescente inkten en stickers.

Elektroluminescentie

Het effect van elektroluminescentie werd in 1905 voor het eerst aangetoond. In die tijd detecteerden twee wetenschappers de aanwezigheid van licht onder toegepaste spanning in verschillende mineralen en metalen en waren zij in staat de intensiteit te correleren met de spanning en de warmteontwikkeling.

Hun prototypes worden beschouwd als de eerste lichtgevende diodes (LED’s). “Technisch gebruik van het effect werd echter pas later mogelijk. Bekender dan de LEC’s waarnaar wij kijken, zijn lichtgevende dioden (LED’s) – halfgeleiderelementen die ook licht uitstralen wanneer er een elektrische spanning op wordt gezet. LEC’s volgen echter een ander principe,” legt Rubén D. Costa uit, pprofessor aan de TUM.

Realisatie

De onderzoeksgroepen van professor Rubén D. Costa van de TUM Campus Straubing voor Biotechnologie en Duurzaamheid en professor Claudia Barolo van de Universiteit van Turijn hebben nu de eerste aanpak ontwikkeld voor de ontwikkeling van LEC-emitters en zogenaamde actieve lagen, waarbij uitstekende blauwe en witte LEC’s worden gemaakt op basis van koper(I)-complexen.

“Om goedkope apparaten te ontwikkelen die wit licht uitstralen, is blauw licht nodig. Het vroegere gebrek aan blauwe emitters belemmerde echter de overgang van het laboratorium naar de echte markt. De productie van blauwe emitters is dan ook een mijlpaal in de dunne-filmverlichting. Als de blauwe apparaten er eenmaal zijn, kunnen we betrekkelijk gemakkelijk witte apparaten produceren,” zegt Costa.

Emissiekleur

En het is precies deze generatie van blauwe zenders die de onderzoeksgroepen nu voor elkaar hebben gekregen. De onderzoeksgroepen uit Straubing en Turijn hebben met succes gebruik gemaakt van data science tools om een statistisch verband te leggen tussen de röntgenstructuur en de elektronische kenmerken van koper(I)complexen met dimine- en difosfine-liganden.

Tegelijkertijd hebben zij de structurele en elektronische parameters en hun onderlinge verbanden onderzocht om de emissiekleur, de efficiëntie en de luminescentie van de apparaten te bepalen. Na uitgebreide evaluatie van gegevens van verschillende bekende benaderingen, is een nieuw ontwerp voor blauwe LEC’s met uitstekende prestaties in vergelijking met apparaten met conventionele emitters naar voren gekomen.

Met licht-doping naar snellere en kleinere elektrische apparaten

Een groep onderzoekers van het Max-Planck instituut en de Berlijnse Humboldt universiteit heeft ontdekt dat halfgeleiders veel eenvoudiger dan tot nu toe werd gedacht, kunnen werken.

Witte LEC’s

“Met de nieuwe hoogwaardige blauwe LEC’s kunnen eenlaags witte LEC’s op basis van koper(I) worden gerealiseerd met een hoogwaardige witte kleur met een kleurweergave-index van negentig,” zegt Barolo. De kleurweergave-index kan een maximumwaarde van honderd aannemen. Het geeft aan hoe natuurlijke kleuren van verlichte voorwerpen eruit zien bij een bepaalde lichtbron. Met een waarde van negentig, is het al zeer goed. Dit werk toont een nieuwe manier om het ontwerp van emitters en actieve lagen in dunne-film verlichting te stroomlijnen. “We zijn ervan overtuigd dat ons analysemodel een eerste stap is in de richting van geavanceerde machine-leermethoden om ook andere actieve verbindingen fijner te ontwerpen”, aldus Costa.