打破傳統硅晶工藝，TUM成功印刷薄膜有機電子組件

利用合成材料制造的印刷微電子組件提供了輕薄、可撓曲的好處，而且能夠以更具成本效益且節能的方式進(jìn)行生產(chǎn)，廣泛地應用在柔性顯示器與觸控屏幕、發(fā)光薄膜、RFID標簽以及太陽(yáng)能電池。

 

有機電子可望作為傳統硅晶的替代技術(shù)，造就一個(gè)具發(fā)展前景的未來(lái)。如今，利用有機發(fā)光二極管(OLED)制造的柔性顯示器和發(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(shí)，超薄聚合物電極可利用印刷的方式制造出來(lái)，而且還能成功地改善印刷薄膜的電氣特性。

 

 

研究人員仔細觀(guān)察以導電聚合物制造的透明薄膜電極；這種導電聚合物是在可撓性基板上印刷出來(lái)的。（來(lái)源：TUM）

 

然而，為了制造出產(chǎn)業(yè)級的組件，半導體或絕緣層(比人的發(fā)絲更輕薄1千倍)必須能以預先定義的順序印刷在載體薄膜上。“這是一個(gè)非常復雜的過(guò)程，必須充份地了解其細節，才能實(shí)現量身打造的客制化應用，”慕尼黑工業(yè)大學(xué)機能材料系主任Peter Muller-Buschbaum解釋。

 

更棘手的挑戰是必須在可撓性導電層之間進(jìn)行接觸。在一般情況下，通常使用以結晶氧化銦錫制造的電子觸點(diǎn)。然而，這種結構存在許多缺點(diǎn)：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(guò)程中還會(huì )消耗大量的能量。最后，銦是一種數量非常有限的稀有元素。

 

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

 

 

基于導電聚合物的有機電子市場(chǎng)發(fā)展前景樂(lè )觀(guān)。（來(lái)源：TUM）

 

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

 

 

“我們在研究工作中發(fā)現，這是有史以來(lái)第一次在物理化學(xué)工藝條件下的微小變化對于迭層的集結與特性帶來(lái)明顯的影響。”例如，Claudia M. Palumbiny表示，“添加具有高沸點(diǎn)的溶劑提高了合成材料組成的偏析，從而改善了傳導分子的結晶。分子之間的距離縮小，同時(shí)提高了導電率。”

 

 

可印刷有機電子的打印機。

 

透過(guò)這種方式，可以使穩定度和電導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?zhuān)?ldquo;最終，這意味著(zhù)所有的迭層都可利用相同的工藝進(jìn)行生產(chǎn)，從而為制造商帶來(lái)極大的好處。”

 

為了實(shí)現這些目標，TUM的研究人員希望持續研究并進(jìn)一步優(yōu)化電極材料，將這些研究結果與知識提供給業(yè)界。“如今我們已經(jīng)形成了推動(dòng)材料發(fā)展以及進(jìn)一步研究的基礎，未來(lái)這些都將用于業(yè)界廠(chǎng)商，”Muller-Buschbaum教授表示。