Потенциально графен может идеально подойти для замены прозрачного анода из дорогой окиси олова индия (indium tin oxide, ITO) в таких практических задачах, как создание прозрачных органических светодиодов. Но даже самые лучшие из графеновых анодов, произведенных сегодня, не способны эффективно излучать свет, поскольку графен отличается низкой работой выхода и высоким сопротивлением листа. Однако последняя работа ученых из Кореи позволяет надеяться на то, что данная проблема будет решена, в результате чего характеристики органических светодиодов на базе графенового анода будут много лучше аналогичных характеристик светодиодов с анодом из ITO.

Результат исследований подтверждает, что графеновые аноды могут использоваться для производства широкого спектра высокопроизводительных гибких органических оптоэлектронных устройств.

Графен – это слой атомов углерода, образующих плоскую гексагональную кристаллическую решетку. Этот материал представляет интерес для самых различных отраслей электроники. В частности, в будущем он может заменить хрупкую и дорогую окись олова индия (indium tin oxide, ITO) в органических светодиодах и жидкокристаллических дисплеях, поскольку она не пригодна для производства гибких компонент.

К сожалению, графен обладает одним существенным недостатком с точки зрения его применения в органических светодиодах. Этот материал отличается чрезвычайно низкой работой выхода электронов (порядка 4,4 эВ), что усложняет вывод носителей заряда (дырок) через анод, выполненный из графена, из органического слоя. В результате органические светодиоды с графеновым анодом не проводят электрический заряд так, как светодиоды с применением ITO. И это еще не все.

Листы графена обладают достаточно высоким для подобных применений сопротивлением (более 300 Ом на квадратный метр; для сравнения, сопротивление пленок ITO – 10 Ом на квадратный метр).

Решение это проблемы предложила группа ученых из Pohang University of Science and Technology (POSTECH, Корея). Исследователи нашли способ увеличить работу выхода графена до 6 эВ.

Достичь этого позволяет модификация поверхности графена при помощи водно-дисперсных проводящих полимерных композиций (например, PEDOT:PSS). Техника позволяет создать градиент работы выхода при переходе из графена в вышележащие органические слои, что дает возможность носителям заряда (дыркам) легче преодолевать барьер. Таким образом, модификация увеличивает ток, проходящий через устройство.

При помощи допинга химическими веществами, такими как HNO₃ и AuCl₃ команде удалось снизить сопротивление листа графена до 30 Ом на квадратный метр. Этого значения достаточно для того, чтобы анод из графена был эффективным. Т.е. производство анодов из модифицированного графена технологически обосновано. Тем более что белые органические светодиоды с анодом из графена показывают хороший спектр электролюминесценции.

Более того, эксперименты показали, что аноды из графена достаточно гибкие. В своей работе ученые доказали, что аноды остаются стабильными при изгибе с радиусом 0,75 см и механическом напряжении 1,25%.

Более того, было показано, что плотность тока в устройствах из графена практически не изменяется даже при увеличении механического напряжения в 1000 раз.

Ученые считают, что разработанные ими источники света можно в будущем использовать для создания освещения в дизайнерских интерьерах, для наружного освещения или гибкой органической оптоэлектроники (например, растягивающихся органических светодиодных дисплеев или солнечных батарей).

В ближайшем будущем исследователи планируют улучшить характеристики их графенового анода, чтобы еще больше повысить его проводимость. Кроме того, они планируют опробовать свои идеи на других оптоэлектронных устройствах, таких как солнечные батареи или транзисторы.