Nouveau modèle analytique pour améliorer l'efficacité et la durée de vie des OLED grâce à la compréhension des dynamiques des excitons

Les diodes électroluminescentes organiques (OLED) représente une avancée significative dans le domaine des éclairages et des affichages, en raison de leur efficacité énergétique, de leur finesse et de leur souplesse, ainsi que de la qualité supérieure des images qu'elles produisent. Pour mieux exploiter ces dispositifs, il est essentiel de comprendre les mécanismes fondamentaux de la chimie et de la physique impliqués. Des chercheurs de l'université de Kyushu ont récemment mis au point un nouveau modèle analytique permettant d'explorer en détail la dynamique des excitons, principaux acteurs de l'émission de lumière dans les OLED. Ce modèle, publié dans Nature Communications, pourrait optimiser la durée de vie des devices OLED et faciliter le développement de matériaux plus performants et plus efficaces. L'émission de lumière dans les fluorescence devices comme les OLED est provoquée par l'excitation des électrons, appelée exciton. Lorsqu'on fournit de l'énergie aux atomes, leurs électrons montent à un état énergétique supérieur. À leur retour à l'état initial, ils génèrent de la fluorescence. Les excitons peuvent atteindre deux états, un état singulet noté S1 et un état triplett noté T1. La fluorescence ne se produit que lorsque les excitons reviennent de l'état S1. Selon le Professeur Chihaya Adachi, directeur du Centre de Recherche sur la Photonique Organique et l'Électronique (OPERA) de l'Université de Kyushu, l'avantage majeur des OLED est leur capacité à convertir les excitons triplets en singulets. "Cette conversion améliore considérablement l'efficacité de la fluorescence," explique-t-il. Le concept de fluorescénce à fluorescence thermiquement activée et retardée (TADF) représente l'une des avancées les plus marquantes dans ce domaine. Les matériaux TADF réduisent l'écart d'énergie entre les états S1 et T1, permettant aux excitons triplets de transitionner plus facilement vers l'état singulet. La compréhension de cet écart d'énergie, déterminé par le paramètre ΔEst, est cruciale pour évaluer l'efficacité des OLED et pour tester de nouveaux matériaux. Cependant, la méthode standard pour mesurer ΔEst s'est révélée parfois imprécise, en raison de sa subjectivité intrinsèque et des hypothèses conditionnelles sur lesquelles elle repose. L'équipe de recherche dirigée par l'Université de Kyushu a donc élaboré un modèle plus précis pour estimer ΔEst, en combinant plusieurs théories fondamentales de la chimie physique et en tenant compte des transferts d'excitons entre les états triplett. "Notre nouvelle méthode analytique vise à harmoniser les différences entre les données expérimentales et celles obtenues par calcul quantique, qui étaient jusqu'alors fréquentes," précise le Dr. Youichi Tsuchiya, auteur principal de l'étude. L'optimisation de l'estimation de ΔEst est essentielle, car elle permet une compréhension plus fine de la structure des états excités des molécules organiques. Cette connaissance, longtemps difficile à acquérir, est cruciale pour le développement de matériaux luminescents à haute performance et pour l'avancement de la photochimie en général. Le Professeur Adachi s'enthousiasme pour les perspectives ouvertes par cette innovation : "Ce nouveau modèle analytique sera appliqué à d'autres matériaux TADF, contribuant à la clarification des dynamiques des excitons dans les futures recherches sur les OLED." De plus, l'équipe souhaite explorer l'utilisation de l'intelligence artificielle (IA) pour prédire avec plus de précision les propriétés de nouveaux matériaux. Cette avancée pourrait donc accélérer le progrès technologique dans le domaine des OLED, en offrant des outils de prévision et d'évaluation plus robustes et précis.