Identifikācijas numurs: lzp-2022/1-0331
Tips: Latvijas Zinātnes padomes fundamentālo un lietišķo pētījumu projekts
Projekta ilgums: 2023 - 2025
Projekta vadītājs: Dr.phys. Jeļena Butikova, Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūts
Kopējais finansējums: 300 000 EUR (Latvijas Zinātnes padome: 100%)
Projekta mērķis: Šī fundamentālā pētījuma galvenais mērķis ir izpētīt starpslāņu fizikāli ķīmiskās īpašības un to atkarību no uzklāšanās apstākļiem, kā arī starpslāņu lomu organisko elektronisko ierīču darbībā un degradācijas kinētikā. Tiks pētīti starpslāņi starp dažādu organisko materiālu plānām kārtiņām un daudzslāņu struktūrām, lai izprastu starpslāņu lomu elektronu transportā un OLED degradācijā. Tiks pētītas arī starpslāņu uzlabošanas iespējas ar nolūku palielināt OLED veiktspēju.
Projekta kopsavilkums:
Organiskie materiāli tiek izmantoti kā aktīvie slāņi modernās optoelektroniskās un enerģijas saglabāšanas ierīcēs – organiskie gaismas diožu displeji, polimēru fotoelektriskās ierīces. Šīs ierīces ir daudzslāņu struktūras, kuras satur elektrodu un polimēru materiālu slāņus. To darbību spēcīgi ietekmē konjugēto polimēru kārtiņu fāzes, optiskais gradients un anizotropija. Pārejas slāņiem ir izšķiroša loma fotonisko ierīču optiskā veiktspējā, paverot ceļu jaunu daudzfāžu polimēru nanomateriālu atklāšanai. Precīzas zināšanas par šo materiālu optiskajām īpašībām ir svarīgas gaismas izstarošanas un absorbcijas modelēšanā fotoniskās ierīcēs. Projekta galvenais mērķis ir izpētīt parejas slāņu fizikāli-ķīmisko īpašību atkarību no organisko materiālu uzklāšanas parametriem un to ietekmi uz organisko elektronisko ierīču darbības funkcijām. Tehnoloģijām attīstoties, palielinās polimēru daudzslāņu sarežģītība: ir nepieciešamas jaunas un jutīgākas raksturošanas metodes. Projektā izmantosim progresīvu UV-VIS-NIR spektroskopisko elipsometriju visu Millera matricas elementu mērīšanai kā alternatīvu spektroelektroķīmisko metodi elektronu orbītas struktūru, pārejas slāņu raupjumu, anizotropiju, kā arī intra- un starpķēdes secību polimēros noteikšanai. Slāņveida sistēmu raksturošana tiks saistīta ar polimēru pēcapstrādes kinētiku – termisku un šķīdinātāju tvaiku apstrādi.
Sagaidāmie zinātniskie rezultāti
Īstenojot projektu, ir paredzēts iegūt šādus zinātniskos rezultātus:
- Iegūt zināšanas par starpslāņu mehānismiem un noārdīšanās kinētiku organiskām daudzslāņu ierīcēm;
- Izveidot OLED ar uzlabotām īpašībām (ar augstāku efektivitāti un izturību);
- Izradāt stabilu uzklāšanās procesu, lai kontrolētu starpslāņus starp organiskā materiāla slāņiem;
- Sniegt detalizētu ziņojumu par uzklāšanās un pēcapstrādes apstrādes ietekmi uz organisko plāno kārtiņu optiskajām īpašībām un starpslāņiem;
- Sniegt detalizētu ziņojumu par organisko savienojumu un starpslāņu noārdīšanās kinētiku.
Jaunumi par projektu
01.04.2024. – 30.06.2024.
1. Notiek projekta komandas regulārās tikšanās zoom vidē katru otro nedēļu.
2. Tika sagatavoti paraugi ar divām un trijām mazmolekulāro savienojumu kārtām. Modelēšanās procesā tika atklāts, ka dažu savienojumu optiskās īpašības ievērojami mainās, atrodoties citu savienojumu sistēmā. Ir ieplānoti pētījumi, lai atklātu materiālus, kuru optiskās īpašības saglabātos stabilas arī vairāku slāņu sistēmas gadījumā.
3. Modelēšanas laikā tika konstatēts, ka komerciālajam ITO uz stikla substrātiem ir nelielas ITO kārtiņas biezuma un optisko īpašību variācijas. Lai precīzi novērtētu uz ITO izaudzētu organisko plāno kārtiņu optiskās īpašības, pirms to uznešanas katram paraugam tiek sagatavots detalizēts stikla/ITO substrāta kartējums.
4. Raksts Single-layer films of organic compounds studied by spectroscopic ellipsometry (P. Paulsone, I. Aulika, J. Butikova, A. Mauručaite, K. A. Štucere, A. Vembris), Proc. SPIE 13013, Organic Electronics and Photonics: Fundamentals and Devices IV, 1301308 (18 June 2024); https://doi.org/10.1117/12.3017054 un mutiskais ziņojums konferencē SPIE Photonics Europe 2024 ir pieejami tiešsaistē.
01.01.2024. – 31.03.2024.
1. Notiek projekta komandas regulārās tikšanās zoom vidē katru otro nedēļu.
2. Turpinās paraugu sagatavošana ar divām un trijām mazmolekulāro savienojumu kārtām. Slāņi atbilst savienojumiem, kuri visbiežāk kalpo kā elektronu transporta, hosta un caurumu transporta slānis.
3. Turpinās spektroskopiskās elipsometrijas mērījumi un datu modelēšana. Lai atvieglotu modelēšanas procesu, tiek veikti papildu mērījumi: mazmolekulāro savienojumu biezums tiek mērīts ar profilometru Dektak, un to absorbcija – ar spektrofotometru Cary.
4. Ir sagatavots raksts Single-layer films of organic compounds studied by spectroscopic ellipsometry (P. Paulsone, I. Aulika, J. Butikova, A. Mauručaite, K. A. Štucere, A. Vembris) un iesniegts konferencē SPIE Photonics Europe 2024. P. Pausone prezentēs rezultātus mutiskajā ziņojumā.
31.12.2023.
1. Notiek projekta komandas regulārās tikšanās zoom vidē katru otro nedēļu.
2. Tika uzsākta paraugu sagatavošana ar divām mazmolekulāro savienojumu kārtām. Paraugu sagatavošanas gaitā ir atklāts, ka caurspīdīga elektroda ITO slānis netiek pilnībā nokodināts no stikla pamatnes, kas apgrūtina elipsometrijas datu modelēšanu. Ir nolemts modificēt savienojumu uznešanas kārtību, lai palielinātu modelēšanas precizitāti.
3. Turpinās spektroskopiskās elipsometrijas mērījumi un datu modelēšana. Lai atvieglotu modelēšanas procesu, tiek veikti papildu mērījumi: mazmolekulāro savienojumu biezums tiek mērīts ar profilometru Dektak, un to absorbcija – ar spektrofotometru Cary.
4. Tiek pārskatīta literatūra par OLED spektroskopisko elipsometriju, lai izveidotu raksta konceptu ar pietiekamu novitātes elementu.
30.09.2023.
1. Notiek projekta komandas regulārās tikšanās zoom vidē katru otro nedēļu.
2. Ir pabeigta spektroskopiskās elipsometrijas datu modelēšana vienas kārtas slāņiem. Tika sastādīta materiālu optisko konstanšu (n, k) datubāze turpmākajiem mērījumiem, kuri tiks veikti paraugiem ar vairākiem slāņiem.
3. Modelējot paraugus uz stikla, jāpievērš uzmanība raupjuma parametram.
30.06.2023.
1. Notiek projekta komandas regulārās tikšanās zoom vidē katru otro nedēļu. Projekta dalībniece Dr. phys. Laima Trinklere tika apmācīta darbam ar spektroskopisko elipsometru J.A.Woollam RC2.
2. Turpinās vienas kārtas paraugu sagatavošana. Polimēru plāno kārtiņu uznešana ar citu spin-coating iekārtu ir būtiski uzlabojusi paraugu kvalitāti. To biezumu nevienmērība ir būtiski samazinājusies.
3. Turpinās spektroskopiskās elipsometrijas mērījumi un datu modelēšana. Modelējot, jāuzmanās no biezuma korelācijas ar optiskajām konstantēm (n, k). Jāpievērš uzmanība biezuma nevienmērības parametram depolarizācijas gadījumā.
Organisko vielu kārtiņas gatavajai OLED ierīcei tās darbības laikā tiks mērītas apgrieztajā konfigurācijā. Tas būtu ekvivalents tam, ka vienas kārtas paraugu apgriež otrādi, t.i., plānā kārtiņa atradīsies apakšā, bet substrāts – augšā, un gaisma atstarosies vispirms no substrāta. Tāpēc ir uzsākta “apgriezto” paraugu datu modelēšana.
31.03.2023.
1. Tiek uzsākti projekta darbi. Projekta komanda tiekas, lai apspriestu un precizētu katra dalībnieka uzdevumus. Noteikts projekta komandas regulārās tikšanās laiks. Tiksimies katru otro nedēļu zoom vidē. Ja nepieciešams, notiks arī ārpuskārtas diskusijas klātienē.
2. Uzsākta vienslāņa paraugu sintēze. Polimēru kārtiņas (polyTPD, PVK) tiek uznesti ar spin-coating metodi, bet mazmolekulārie savienojumi (IR(ppy), TPBi, CBP) – ar termisko iztvaicēšanas metodi. Kārtiņu biezumi ir ar kārtu 55-60 nm.
Mazmolekulārajiem savienojumiem ir novērojama tendence kristalizēties, kas varētu negatīvi ietekmēt topošo OLED paraugu kvalitāti un spekrtoskopiskās elipsometrijas mērījumu rezultātu precizitāti. Tāpat tika novērota stipra CBP parauga degradācija un atslāņošanās.
Šajā posmā tika nolemts vairāk koncentrēties uz polimēru paraugiem. Mērot kārtiņu biezumus ar profilometru, novēro būtisko biezumu nevienmērīgu, kas atsevišķās paraugu vietās sasniedz pat 100%. Ir nolemts uznest polimērus ar citu iekārtu.
3. Uzsākti spektroskopiskās elipsometrijas mērījumi un datu modelēšana. Tiek mērīti paraugu atstarošanās un caurstarošanās spektri. Mērījumi tiek pārsvarā modelēti ar caurspīdīgo B-spline modeli ar absorbējošo apgabalu, kas pēc tam tiek pārvērsts modelī ar vairākiem Gausa oscilatoriem.