Ny förståelse för energiförluster i nästa generations ljuskälla

Umeå universitet har nått ett genombrott i utvecklingen av nästa generations ljuskällor med en ny metod för att förstå och mäta effektivitetsförluster i den framväxande ljusemitterande tekniken som kallas LEC.

Den ljusemitterande elektrokemiska cellen (LEC) kan tillverkas på ett hållbart och kostnadseffektivt sätt på olika sorters ytor vilket gör den lämplig för många olika användningsområden, till exempel inom belysning, medicinteknik och skyltning. Men trots dess potential finns det en stor utmaning med tekniken: vid högre strömstyrka minskar nämligen effektiviteten i ljusemissionen, ett fenomen som kallas ”efficiency roll-off”.

En forskargrupp vid Umeå universitet har nu utvecklat en metod som identifierar och kvantifierar de huvudsakliga faktorerna som påverkar LECens effektivitet.

– Denna insikt kommer att hjälpa oss att minska effektivitetsförlusten, så att vi kan designa och utveckla LEC-enheter som levererar stark ljusemission med hög effektivitet, säger Xiaoying Zhang, doktorand vid Institutionen för fysik vid Umeå universitet och en av författarna till den vetenskapliga studien som nyligen publicerades i tidskriften Advanced Materials.

Genombrottet handlar om en detaljerad förståelse och kvantifiering av de interna så kallade quenching-processerna, där kollisioner mellan partiklar i enheten leder till energiförluster i form av minskad ljusproduktion.

– Tänk dig en låda med två sorters små bollar som studsar runt: en sort kan lysa och den andra inte. Om en lysande boll stöter emot en annan boll slutar den att lysa och ljuset går förlorat. Vi upptäckte att det är just stöten mellan lysande och icke lysande bollar som är den främsta orsaken till att våra enheter förlorar effektivitet, säger Xiaoying Zhang.

– Denna förlustmekanism kallas ”exciton-polaron quenching” och vi fann att mer än hälften av ljuset förloras på detta sätt, fortsätter Xiaoying. Resultaten av denna studie visar därför att utvecklingen av material, konstruktioner och driftsprotokoll som minskar den här förlustmekanismens påverkan är en möjlig väg mot ljusare och effektivare LECar.

Om den vetenskapliga artikeln

Xiaoying Zhang, Joan Ràfols-Ribé, Jonas Mindemark, Shi Tang, Mattias Lindh, Eduardo Gracia-Espino, Christian Larsen, Ludvig Edman. Efficiency roll-off in light-emitting electrochemical cells, Advanced Materials, 2024. DOI: 10.1002/adma.202310156

Read the full article: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202310156

För mer information, vänligen kontakta:

Xiaoying Zhang, doktorand vid Institutionen för fysik, Umeå Universitet

E-post: xiaoying.zhang@umu.se