通用的技术,可减少导体的逸出功,用于可印刷电子产品,研究小组的领导是佐治亚理工学院的伯纳德•开普棱,他们已研制出第一款全塑料太阳能电池。佐治亚理工学院
可以制造纸一样薄的电视吗?现在打印柔性电子产品变得更容易,因为有了稳定的电极。
想象一下,拥有一部电视,厚度和重量就像一张纸。有朝一日,这会成为现实,这是因为蓬勃发展的印刷电子产业。这项工艺使制造商可以逐字打印,或轧辊材料,印刷到一些表面,制成电子功能器件,这种工艺已用于制备有机太阳能电池和有机发光二极管(OLED),这种二极管可制成手机显示屏。
在未来10年,这一新兴技术有望增长数百亿美元,但是,有一个挑战,就是生产要实现低成本,适应环境条件。为了创造光或能量,就要注入或收集电子,这样,印刷电子产品就需要导体,这些导体通常是钙(calcium),镁( magnesium)或锂(lithium),都属于低逸出功(low-work function)。这些金属的化学性质非常活泼。如果暴露在氧气和潮气中,它们就会氧化,并停止运行。这就是为什么电子产品,比如太阳能电池和电视必须覆盖上厚厚的刚性屏蔽物,比如玻璃或昂贵的封装层。
然而,有一项新的研究结果,4月20日在线发表在《科学》杂志上,题为《通用方法制备低逸出功电极用于有机电子产品》(A Universal Method to Produce Low–Work Function Electrodes for Organic Electronics),论文中,佐治亚理工学院(Georgia Tech)的研究人员介绍的,似乎是一种通用的技术,可以减少导体的逸出功(work function)。他们撒上一层非常薄的聚合物,大约只有1至10纳米厚,就撒在导体的表面,形成强大的表面偶极(surface dipole)。这种互动可把空气中稳定的导体变成高效、低逸出功的电极。
全聚合物太阳能电池制备工艺。来源:佐治亚理工大学
市售的聚合物很容易加工,只需采用稀溶液,溶剂可以用水和乙二醇甲醚(methoxyethanol)。
“这些聚合物价格低廉,环保,而且兼容现有的卷对卷的大规模生产技术。”伯纳德•开普棱(Bernard Kippelen)说,他是佐治亚理工学院有机光子学与电子技术中心(COPE:Center for Organic Photonics and Electronics)主任,他说:“更换活性金属,采用稳定的导体,包括导电聚合物,就会彻底改变生产和保护电子产品的要求。它们的应用可铺平电路,制成成本更低更柔韧的设备。”
为了说明这种新的方法,开普棱和他的同事评估了这种聚合物的性能,以用于有机薄膜晶体管和有机发光二极管。他们也制成一个原型:就是有史以来第一款全塑料太阳能电池。
“聚合物改性剂可以减少逸出功,用于广泛的导体,包括银、金和铝,”赛斯•马德(Seth Marder)指出,他是佐治亚理工学院有机光子学与电子技术中心副主任,也是化学与生物化学学院教授。“这个工艺也可有效用于透明金属氧化物和石墨烯。”