Trasportatori di Elettroni
  • Complessi a base di Alluminio e Chinoline:
    Tutt’oggi il più diffuso trasportatore di elettroni ed emettitore negli OLED è l’Alq3 (Aluminum tris(8-hydroxyquinoline). Essa è una sostanza che si presenta con una colorazione gialla e la cui formula di struttura è riportata di seguito.
    Formula molecolare: C27 H18 N3 O3 Al
    Massa molecolare: 459.44 g/ mol
    Apparenza: Polvere Gialla
    Temperatura di fusione: 415 °C

    Alq3 immagine struttura

L’Alq3 risulta ancora uno dei migliori composti utilizzati come trasportatori di carica ma anche come emettitori (v. emettitori metallo-organici).
I suoi principali pregi tecnologici sono i seguenti
[1]:

  • notevole stabilità termica;
  • facilità di sintesi e di purificazione;
  • elevata stabilità morfologica che consente di poterlo evaporare in maniera sicura all'interno del layer;
  • forma chimica tale da evitare la formazione di “eccimeri”.
Tutte queste caratteristiche confermano come questa molecola sia considerata ancora un valido trasportatore di elettroni, con caratteristiche di rinforzo per lo strato di emissione.
Inoltre, dopandolo con litio e altri metalli alcalini, impiegati come assistenti nell’iniezione di elettroni, si è in grado di abbassare sensibilmente il voltaggio di funzionamento dei dispositivi.
Non va però dimenticato che Alq3 e derivati possono mostrare anche alcuni difetti:
  • scarsa efficienza quantica;
  • bassa mobilità;
  • band-gap medio alto (probabile motivo che spiega la bassa efficienza quantica);
  • possibilità di incenerimento e sublimazione dopo alcuni cicli di lavoro.
Per ovviare quindi a tali aspetti e migliorare le prestazioni di Alq3 e dei suoi derivati, sono stati condotti differenti studi con differenti propositi.
Di seguito ne citiamo alcuni:
  • studi di impaccamento;
  • fotodegradazione;
  • studi dello stato eccitato;
  • fluorescenza simulata attaraverso il metodo ZINDO;
  • dipendenza dei fenomeni di "quenching" (spegnimento della fosforescenza) dal campo elettrico.

Si è potuto osservare mediante tecniche time to fly (a tempo di volo) come la mobilità di deriva degli elettroni in Alq3 (misurata in cm2/(VS)) aumenti di due ordini di grandezza al decrescere dello spessore dello strato di deposizione.
Dal punto di vista della sintesi sono stati invece condotti differenti tentativi con l’intento di ottenere prodotti simili all’Alq3 che garantissero, però, maggiore efficienza quantica e stabilità termica. Un esempio è fornito dal tris(5-hydroxymethyl-quinolato)Aluminium AlOq che forma, una volta depositato, uno strato amorfo più uniforme che l’Alq3 [2].
Di seguito è riportata la struttura dell'AlOq.

AlOq

Il dispositivo ottenuto secondo lo schema ITO/PVK/AlOq/Al emette luce di colore verde con una buona efficienza quantica e il tutto è probabilmente attribuibile alla presenza dei tre gruppi simmetrici idrossimetili in posizione C-5 sulle chinoline e, più esattamente, ai ponti idrogeno che consentono la formazione di aggregati super-molecolari.

Un altro composto derivato dalla famiglia di Alq3, sostituito asimmetricamente, è Alq(Clq)2 cioè il bis-(5,7-dichloro-8-quinolinolato)-(8-quinololinolato)aluminium, che mostra uno spettro di fluorescenza con un lieve shift batocromico rispetto a Alq3. E’ stato osservato, inoltre, che il red shift aumenta proporzionalmente all’aumentare dei ligandi clorurati [3].

AlOq

Un altro interessante composto tridentato asimmetrico è il (salicyldiene-o-aminophenolato)(8–quinolinolato)aluminium, più comunemente conosciuto come Al(Saph-q). Esso manifesta un'elevata temperatura di transizione vetrosa Tg (226 °C) ed è termicamente più stabile di Alq3 [4].

Al(Saph-q)

  • Complessi a base di Metalli Alcalino Terrosi:
    Negli ultimi anni sono stati messi appunto altri metallo-leganti con buone proprietà di fluorofori oltre che di trasportatori di carica.
    Una delle maggiori aziende impegnate in tale campo di ricerca è la Sanyo che ha sintetizzato differenti tipologie di complessi con stechiometria 2:1, di cui i principali sono riportati in figura. Questi complessi sono caratterizzati dal contenere gruppi 8-idrossichinoline come leganti e una varietà di ioni metallici come Be, Mg, Ca, Sr, Sc, Y, Cu, e Zn.
    In particolare, i complessi di berillio BeBq2 hanno manifestato la fluorescenza più elevata con un'emissione centrata sui 520 nm (verde). degno di nota è anche il Znq2 che presenta un’intensa emissione per fluorescenza nel giallo (560 nm) [5].

    1. Bibliografia:
    2. Hamada Y., Matsusue N., Kanno H., Fujii H., Jpn. J. Appl. Phys. (2001), 40, L753
    3. Yin S., Hua Y., Chen S., Yang X., Hou Y., Xu X., Synth. Met. (2000), 111, 109
    4. Jang H., Do L.-M., Kim Y., Kim J.G., Zyung T., Do Y., Synth. Met. (2001), 121, 1669
    5. Shao Y., Qiu Y., Hu N.-X., Hong X., Chem. Lett. (2000) 1068
    6. Sano T., Nishio Y., Hamada Y., Takahashi H., Usuki T., Shibata K., J. Mater. Chem. (2000), 10, 157

      Strutture:
    1. La struttura dell'Alq3 è stata prelevata dall'indirizzo web: http://www.fkf.mpg.de/xray/html/body_isomers.html, mentre i derivati sono stati ottenuti dalla modificazione dell'Alq3 tramite ArgusLab e ottimizzati con il metodo di meccanica molecolare UFF (Universal Force Field)