研究人員成功印刷超薄有機(jī)電子元件

　　利用合成材料制造的印刷微電子元件提供了輕薄、可撓曲的好處，而且能夠以更具成本效益且節(jié)能的方式進(jìn)行生產(chǎn)，廣泛地應(yīng)用在軟性顯示器與觸控螢?zāi)?、發(fā)光薄膜、RFID標(biāo)簽以及太陽能電池。

　　有機(jī)電子可望作為傳統(tǒng)矽晶的替代技術(shù)，造就一個具發(fā)展前景的未來。如今，利用有機(jī)發(fā)光二極體(OLED)制造的軟性顯示器和發(fā)光壁紙正迅速發(fā)展中。

　　慕尼黑工業(yè)大學(xué)(Technische Universitat Munchen;TUM)的物理學(xué)家在一項國際性的合作計劃中證實，超薄聚合物電極可利用印刷的方式制造出來，而且還能成功地改善印刷薄膜的電氣特性。

　　研究人員仔細(xì)觀察以導(dǎo)電聚合物制造的透明薄膜電極;這種導(dǎo)電聚合物是在可撓性基板上印刷出來的。

　　然而，為了制造出產(chǎn)業(yè)級的元件，半導(dǎo)體或絕緣層(比人的發(fā)絲更輕薄1千倍)必須能以預(yù)先定義的順序印刷在載體薄膜上。“這是一個非常復(fù)雜的過程，必須充份地 瞭解其細(xì)節(jié)，才能實現(xiàn)量身打造的客制化應(yīng)用，”慕尼黑工業(yè)大學(xué)機(jī)能材料系主任Peter Muller-Buschbaum解釋。

　　更棘手 的挑戰(zhàn)是必須在可撓性導(dǎo)電層之間進(jìn)行接觸。在一般情況下，通常使用以結(jié)晶氧化銦錫制造的電子觸點。然而，這種結(jié)構(gòu)存在許多缺點：氧化物比其上的聚合物層更 易碎，因而可能限制電池的可撓性。此外，在制造過程中還會消耗大量的能量。最后，銦是一種數(shù)量非常有限的稀有元素。

　　就在幾個月前，美國加 州羅倫斯柏克萊國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory;LBNL)的研究人員首次成功地在印刷過程中觀察到有機(jī)太陽能電池活性層中的聚合物分子交叉鏈接。Muller- Buschbaum的團(tuán)隊與加州的研究人員們開始合作，利用這項技術(shù)，提高了聚合物電子元件的特性。

　　基于導(dǎo)電聚合物的有機(jī)電子市場發(fā)展前景樂觀。

　　研究人員利用在柏克萊國家實驗室同步進(jìn)行研究時所產(chǎn)生的X射線輻射。X射線被引導(dǎo)至新印刷的合成層并逐漸擴(kuò)散。分子在印刷薄膜固化過程中的安排與方向，可以從擴(kuò)散模式的變化來決定。

　　“由 于X射線輻射極其密集，讓我們得以實現(xiàn)一個非常高的時間解析度，”Claudia M. Palumbiny表示。這位遠(yuǎn)從慕尼黑工業(yè)大學(xué)來的物理學(xué)家在加州柏克萊的實驗室中研究有機(jī)電子組成中排序并選擇傳送電荷載子的“阻障層”。如今，慕尼 黑工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊與美國的研究人員們已經(jīng)聯(lián)手在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)期刊中發(fā)表了這項研究結(jié)果。

　　“我 們在研究工作中發(fā)現(xiàn)，這是有史以來第一次在物理化學(xué)制程條件下的微小變化對于疊層的集結(jié)與特性帶來明顯的影響。”例如，Claudia M. Palumbiny表示，“添加具有高沸點的溶劑提高了合成材料組成的偏析，從而改善了傳導(dǎo)分子的結(jié)晶。分子之間的距離縮小，同時提高了導(dǎo)電率。

　　可印刷有機(jī)電子的印表機(jī)。

　　透過這種方式，可以使穩(wěn)定度和電導(dǎo)性提高到讓材料不僅可被部署為一種阻障層的程度，甚至還能作為透明的電接觸。這可用于取代易碎的氧化銦錫層。Palumbiny解釋，“最終，這意味著所有的疊層都可利用相同的制程進(jìn)行生產(chǎn)，從而為制造商帶來極大的好處。”

　　為了實現(xiàn)這些目標(biāo)，TUM的研究人員希望持續(xù)研究并進(jìn)一步最佳化電極材料，將這些研究結(jié)果與知識提供給業(yè)界。“如今我們已經(jīng)形成了推動材料發(fā)展以及進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)，未來這些都將用于業(yè)界廠商，”Muller-Buschbaum教授表示。

　　這 項研究是由歐洲理工大學(xué)聯(lián)盟《光電介面科學(xué)》(ISPV)的綠色科技(GreenTech Initiative)計劃、TUM的國際科學(xué)與工程研究所(IGSSE)，以及卓越集團(tuán)(Cluster of Excellence)慕尼黑奈米系統(tǒng)計劃(NIM)所贊助支持。并獲得來自巴伐利亞國際博士課程“奈米生物技術(shù)”(IDK-NBT)與奈米科學(xué)中心 (CENS)的精英網(wǎng)路(Elite Network)、以及美國能源部(DoE)先進(jìn)能源研究中心贊助“基于聚合物材料的太陽能采集”(PHaSE)計劃的進(jìn)一步支持。此外，該研究的部份工 作是在美國能源部基礎(chǔ)能源科學(xué)辦公室支持的先進(jìn)光源計劃中進(jìn)行。