Электролюминесценция новых координационных соединений ионов европия с β-дикетонами, уксусной и масляной кислотами

Введение. Представлены результаты создания и исследования органических светоизлучающих светодиодов на основе координационных соединений ионами европия (Eu³⁺) c β-дикетонами, уксусной и масляной кислотами. Актуальность работы обусловлена активным поиском новых материалов для создания оптоэлектронных устройств с высокими люминесцентными характеристиками. Одной из таких характеристик является высокая чистота цвета, которая достигается за счет использования материалов с узкополосной люминесценцией, например, соединений на основе ионов Eu³⁺. Метод. Синтезированы комплексы на основе Eu³⁺ с 1,1,1-трифтор-4-фенил-2,4-бутандионом и уксусной Eu(Cl)(Btfa)(СН₃COO) (соединение 1), а также масляной Eu(Btfa)₂(СН₃(СН₂)₃COO) (соединение 2) кислотами. Светодиоды синтезированных соединений изготовлены при помощи комбинированной методики, включающей методы центрифугирования и термического напыления в вакууме. Характеристики светодиодов измерены методами оптической спектроскопии. Для исследования оптических свойств комплексов порошкообразные образцы соединений 1 и 2 помещались между двух кварцевых подложек. Спектры фотолюминесценции регистрировались с помощью спектрометра СДЛ-1, светодиода, с длиной волны излучения 365 нм и фотоэлектронного умножителя, работающего в линейном режиме. Спектры электролюминесценции получены при помощи спектрометра Ocean Optics Maya 2000 PRO. Основные результаты. В спектре фотолюминесценции исследованных комплексов наблюдалась характерная для ионов Eu³⁺ линейчатая структура. В спектре электролюминесценции также присутствует излучение, характерное для ионов Eu³⁺. Помимо него в коротковолновой области наблюдается дополнительная широкая полоса с максимумом излучения на длине волны 390 нм и с шириной на полувысоте 61 нм. Рабочее напряжение светодиода составило 10 В. Для исследованных светодиодов наблюдалось характерное «холодное» белое свечение. Обсуждение. В спектрах фото- и электролюминесценции для исследованных комплексов обнаружены следующие основные переходы: ⁵D0 → ⁷F0 (максимумы на длинах волн λ₁ = λ₂ = 580 нм для соединений 1 и 2), ⁵D₀ → ⁷F₁ (расщепленная полоса, с максимумами на длинах волн λ₁ = 587 нм, λ₂ = 593 нм, λ₃ = 600 нм для соединения 1 и λ₁ = 592 нм, λ₂ = 599 нм для соединения 2), ⁵D₀ → ⁷F₂ (расщепленная полоса, с максимумами на длинах волн λ₁ = 614 нм, λ₂ = 619 нм, λ₃ = 623 нм для соединения 1 и λ₁ = 614 нм, λ₂ = 618 нм, λ₃ = 620 нм для соединения 2), ⁵D₀ → ⁷F₃ (расщепленная полоса, с максимумами на длинах волн λ₁ = 648 нм, λ₂ = 652 нм, λ₃ = 655 нм для соединения 1 и λ₁ = 652 нм, λ₂ = 655 нм для соединения 2). Наблюдаемая в спектре электролюминесценции широкая полоса, возникает за счет вклада дырочного транспортного слоя и обусловлена сквозным протеканием носителей заряда через активный излучающий слой, что приводит к возникновению рекомбинации в PVK слое OLED. Анализ вольтамперных характеристик изготовленных устройств показал, что для них характерны два основных режима проводимости: ограничение тока пространственным зарядом (0–7 В) и ограничение, обусловленное процессами захвата носителей заряда (7–23 В). Результаты данной работы могут быть использованы при производстве устройств промышленного освещения.

1. Ващенко А.А., Витухновский А.Г., Лебедев В.С., Селюков А.С., Васильев Р.Б., Соколикова М.С. Органический светоизлучающий диод на основе плоского слоя полупроводниковых нанопластинок CdSe в качестве эмиттера // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2014. Т. 100. № 2. С. 94–98. https://doi.org/10.7868/S0370274X14140045

2. Селюков А.С., Витухновский А.Г., Лебедев В.С., Ващенко А.А., Васильев Р.Б., Соколикова М.С. Электролюминесценция коллоидных квазидвумерных полупроводниковых наноструктур CdSe в гибридном светоизлучающем диоде // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2015. Т. 147. № 4. С. 687–701.

3. Осадченко А.В., Ващенко А.А., Захарчук И.А., Дайбаге Д.С., Амброзевич С.А., Володин Н.Ю., Чепцов Д.А., Долотов С.М., Травень В.Ф., Авраменко А.И., Семенова С.Л., Селюков А.С. Органические светоизлучающие диоды с новыми красителями на основе кумарина // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22. № 6. С. 1112– 1118. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-6-1112-1118

4. Kim J.Y., Joo C.W., Lee J., Woo J.-C., Oh J.-Y., Baek N.S., Chu H.Y., Lee J.-I. Save energy on OLED lighting by a simple yet powerful technique // RSC Advances. 2015. V. 5. N 11. P. 8415–8421. https://doi.org/10.1039/C4RA10434J

5. Pode R. Organic light emitting diode devices: An energy efficient solid state lighting for applications // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020. V. 133. P. 110043. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110043

6. Kitagawa Y., Tsurui M., Hasegawa Y. Steric and electronic control of chiral Eu(III) complexes for effective circularly polarized luminescence // ACS Omega. 2020. V. 5. N 8. P. 3786–3791. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b03613

7. Tanwar V., Singh S., Gupta I., Kumar P., Kumar H., Mari B., Singh D. Preparation and luminescence characterization of Eu(III)-activated Forsterite for optoelectronic applications // Journal of Molecular Structure. 2022. V. 1250. P. 131802. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2021.131802

8. Varaksina E.A., Taydakov I.V., Ambrozevich S.A., Selyukov A.S., Lyssenko K.A., Jesus L.T., Freire R.O. Influence of fluorinated chain length on luminescent properties of Eu3+ β-diketonate complexes // Journal of Luminescence. 2018. V. 196. P. 161–168. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2017.12.006

9. Ilmi R., Zhang D., Dutra J.D.L., Dege N., Zhou L., Wong W.-Y., Raithby P.R., Khan M.S. A tris β-diketonate europium(III) complex based OLED fabricated by thermal evaporation method displaying efficient bright red emission // Organic Electronics. 2021. V. 96. P. 106216. https://doi.org/10.1016/j.orgel.2021.106216

10. Kozlov M.I., Kuznetsov K.M., Goloveshkin A.S., Burlakin A., Sandzhieva M., Makarov S.V., Ilina E., Utochnikova V.V. Solutionprocessed OLED based on a mixed-ligand europium complex // Materials. 2023. V. 16. N 3. P. 959. https://doi.org/10.3390/ma16030959

11. Wang P., Chai C., Wang F., Chuai Y., Chen X., Fan X., Zou D., Zhou Q. Single layer light-emitting diodes from copolymers comprised of mesogen-jacketed polymer containing oxadiazole units and PVK // Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 2008. V. 46. N 5. P. 1843–1851. https://doi.org/10.1002/pola.22529

12. Yin Y., Lü Z., Deng Z., Liu B., Mamytbekov Z.K., Hu B. White-lightemitting organic electroluminescent devices with poly-TPD as emitting layer // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2017. V. 28. N 24. P. 19148–19154. https://doi.org/10.1007/s10854-017-7871-9

13. Дайбаге Д.С., Захарчук И.А., Осадченко А.В., Селюков А.С., Амброзевич С.А., Скориков М.Л., Васильев Р.Б. Люминесцентные и колориметрические свойства ультратонких наносвитков селенида кадмия // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2023. T. 50. № 11. С. 83–91.

14. Zhu Y.B., Geng K., Cheng Z.S., Yao R.H. Space-charge-limited current injection into free space and trap-filled solid // IEEE Transactions on Plasma Science. 2021. V. 49. N 7. P. 2107–2112. https://doi.org/10.1109/TPS.2021.3084461

15. Pope M., Swenberg C.E. Electronic Processes in Organic Crystals and Polymers. Oxford University Press, 1999. https://doi.org/10.1093/oso/9780195129632.001.0001

16. Liu J., Liang Q.-B., Wu H.-B. Synthesis, photophysics, electrochemistry, thermal stability and electroluminescent performances of a new europium complex with bis(β-diketone) ligand containing carbazole group // Luminescence. 2017. V. 32. N 3. P. 460– 465. https://doi.org/10.1002/bio.3206