Des semi-conducteurs universels pour des OLEDs plus éco-responsables

L’électronique organique ou flexible est aujourd’hui un acteur majeur de l’électronique moderne.  Elle compte trois dispositifs principaux:  la cellule solaire, le transistor à effet de champ et la diode organique électroluminescente (OLED), tous construits autour des semi-conducteurs organiques et de leurs propriétés électroniques. Une OLED émet de la lumière par application d’un champ électrique (phénomène d’électroluminescence) et est, à l’heure actuelle, le dispositif le plus mature de l'électronique organique. Si on retrouve les OLEDs principalement dans l’affichage électronique (smartphones, téléviseurs de dernière génération…), on s’attend à ce qu’elles jouent également un rôle très important dans l’éclairage écoresponsable et basse consommation du futur.

Afin de réduire l’empreinte écologique de ces dispositifs, il faut s’intéresser à leur composant majeur : le semi-conducteur organique (appelé ‘matrice hôte’) qui supporte l’émetteur de lumière phosphorescent. Depuis quelques années, les recherches se tournent vers des semi-conducteurs dits universels c’est-à-dire pouvant être utilisés dans des OLEDs émettrices de lumière bleue, rouge et verte. Cependant, ce type de semi-conducteur est très rare et très peu d’OLEDs performantes, utilisant une matrice hôte universelle, ont pu être obtenues à ce jour.

Grâce à des approches de design moléculaire^*, des chercheurs de l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR) et de l’Université de Soochow (Chine) ont réussi à synthétiser ce type de matrices hôtes universelles, compatibles avec des OLEDs phosphorescentes émettrices de lumière rouge, verte et bleue. Les structures moléculaires sont très simples, uniquement constituées d’atomes de carbone et d’hydrogène, et représentent un avantage majeur pour cette technologie. Les performances d’émission de lumière obtenues (rendement quantique externe supérieur à 26%) sont, à ce jour, les plus élevés rapportés dans la littérature pour un matériau universel. Ces dispositifs doivent leur efficacité élevée à un ajustement fin des propriétés électroniques des matrices (énergies des états triplet et singulet, des orbitales frontières…), mais également à des travaux d’ingénierie du dispositif lui-même. Ces résultats, publiés dans la revue Chemical Science (RSC), offrent de nouvelles perspectives pour les OLEDs phosphorescentes, qui se positionnent comme des acteurs viables de l’électronique moderne.

*Le « design moléculaire » est le travail de conception de molécules effectué par les chimistes qui consiste à élaborer des architectures moléculaires possédant les propriétés requises pour une application donnée