Resumo:
Células
eletroquímicas poliméricas emissoras de luz, PLECs,
são dispositivos eletrônicos orgânicos que vêm
despertando muito interesse comercial por operarem sob baixa tensão
com alto desempenho e sem a necessidade de eletrodos específicos,
como o óxido de estanho e índio (ITO), cálcio
entre outros. Esta característica confere a possibilidade
de processamento de baixo custo e de obter dispositivos flexíveis.
Nas PLECs a injeção de portadores eletrônicos
de carga atravéz das interfaces, entre a camada ativa do
dispositivo e seus eletrodos, é facilitada por ação
de espécies iônicas, que são inseridas no material
polimérico por adição de um sal. Do ponto de
vista científico, o interesse atual reside na completa compreensão
dos fenômenos de transporte de portadores eletrônicos
no interior do dispositivo.
Hoje
existem dois modelos concorrentes. Um considera que o volume da
amostra é uma região de campo elétrico nulo,
devido ao acúmulo de cargas iônicas nas interfaces.
Assim o transporte eletrônico no volume da PLEC se dá
por difusão [1]. O outro leva em consideração
a dopagem eletroquímica do polímero semicondutor e
o consequente transporte eletrônico atravéz de uma
junção PIN (semicondutor dopado tipo-p – camada
isolante – semicondutor dopado tipo-n) [2]. Neste contexto,
fabricamos e caracterizamos elétricamente PLECs com diversas
composições e espessuras a fim de confrontar os resultados
experimentais com os modelos em questão. Demonstramos a existência
de uma concentração crítica de sal. Abaixo
da qual, a operação da PLEC é promovida predominantemente
por injeção de portadores eletrônicos auxiliada
pelo acúmulo de cargas iônicas nas interfaces dos dispositivos,
principalmente para baixas tensões de excitação.
Para tensões mais elevadas, além da injeção,
ocorre a dopagem tipo-p, tipo-n e a formação da junção
PIN.
Quanto maior a concentração de sal menor é
a tensão para que a dopagem
eletroquímica ocorra, tendendo a um mínimo de 1 V
aproximadamente para
PLECs com concentração de sal acima da crítica.
Demonstramos também que
essa tensão acumulada nas duplas-camadas independe do tipo
de polímero
eletrônico, e que a tensão de operação,
aquela na qual o polímero luminesce, é semelhante
à do gap da banda proibida do polímero luminescente.
Assim, nossos resultados mostraram que no regime de tensões
mais baixas deve ocorrer um processo de transporte por difusão,
mas à medida que a tensão aumenta, inicia-se um processo
de dopagem tipo-p de um lado e tipo-n de outro, aumentando a condutividade
das regiões dopadas e finalizando com a formação
de uma junção PIN. Deste modo corroboramos a idéia
de que ambos os modelos são complementares, como foi recentemente
proposto na literatura [3,4].
[1] DEMELLO, J. et al. Ionic space-charge
effects in polymer light-emitting diodes. Physical Review B, v.57,
n. 20, p. 12951–12963, 1998.
[2] SMITH, D. Steady state model for polymer light-emitting
electrochemical cells. Journal of Applied Physics, v.81, n. 6, p.
2869–2880, 1997.
[3] REENER, S. et al. Salt concentration effects
in planar light-Emitting electrochemical cells. Advanced Functional
Materials, v.21, p. 1795–1802, 2011.
[4] REENER, S. et al. Unifying model for the operation
of light-emitting electrochemical cells. Journal of American Chemical
Society, v.132, p. 13776–13781, 2010. |
