超薄有机电子元件可用印刷方式制造

利用合成材料制造的印刷微电子元件提供了轻薄、可挠曲的好处，而且能够以更具成本效益且节能的方式进行生产，广泛地应用在软性显示器与触控萤幕、发光薄膜、rfid标签以及太阳能电池。
有机电子可望作为传统矽晶的替代技术，造就一个具发展前景的未来。如今，利用有机发光二极体(oled)制造的软性显示器和发光壁纸正迅速发展中。
慕尼黑工业大学(technische universitat munchen;tum)的物理学家在一项国际性的合作计划中证实，超薄聚合物电极可利用印刷的方式制造出来，而且还能成功地改善印刷薄膜的电气特性。
然而，为了制造出产业级的元件，半导体或绝缘层(比人的发丝更轻薄1千倍)必须能以预先定义的顺序印刷在载体薄膜上。“这是一个非常复杂的过程，必须充份地瞭解其细节，才能实现量身打造的客制化应用，”慕尼黑工业大学机能材料系主任peter muller-buschbaum解释。
更棘手的挑战是必须在可挠性导电层之间进行接触。在一般情况下，通常使用以结晶氧化铟锡制造的电子触点。然而，这种结构存在许多缺点：氧化物比其上的聚合物层更易碎，因而可能限制电池的可挠性。此外，在制造过程中还会消耗大量的能量。最后，铟是一种数量非常有限的稀有元素。
就在几个月前，美国加州罗伦斯柏克莱国家实验室(lawrence berkeley national laboratory;lbnl)的研究人员首次成功地在印刷过程中观察到有机太阳能电池活性层中的聚合物分子交叉链接。muller-buschbaum的团队与加州的研究人员们开始合作，利用这项技术，提高了聚合物电子元件的特性。
研究人员利用在柏克莱国家实验室同步进行研究时所产生的x射线辐射。x射线被引导至新印刷的合成层并逐渐扩散。分子在印刷薄膜固化过程中的安排与方向，可以从扩散模式的变化来决定。
“由于x射线辐射极其密集，让我们得以实现一个非常高的时间解析度，”claudia m.palumbiny表示。这位远从慕尼黑工业大学来的物理学家在加州柏克莱的实验室中研究有机电子组成中排序并选择传送电荷载子的“阻障层”。如今，慕尼黑工业大学的研究团队与美国的研究人员们已经联手在《先进材料》(advanced materials)期刊中发表了这项研究结果。
“我们在研究工作中发现，这是有史以来第一次在物理化学制程条件下的微小变化对于叠层的集结与特性带来明显的影响。”例如，claudia m.palumbiny表示，“添加具有高沸点的溶剂提高了合成材料组成的偏析，从而改善了传导分子的结晶。分子之间的距离缩小，同时提高了导电率。
透过这种方式，可以使稳定度和电导性提高到让材料不仅可被部署为一种阻障层的程度，甚至还能作为透明的电接触。这可用于取代易碎的氧化铟锡层。palumbiny解释，“最终，这意味着所有的叠层都可利用相同的制程进行生产，从而为制造商带来极大的好处。”
为了实现这些目标，tum的研究人员希望持续研究并进一步最佳化电极材料，将这些研究结果与知识提供给业界。“如今我们已经形成了推动材料发展以及进一步研究的基础，未来这些都将用于业界厂商，”muller-buschbaum教授表示。
这项研究是由欧洲理工大学联盟《光电介面科学》(ispv)的绿色科技(green tech initiative)计划、tum的国际科学与工程研究所(igsse)，以及卓越集团(clusterof excellence)慕尼黑奈米系统计划(nim)所赞助支持。并获得来自巴伐利亚国际博士课程“奈米生物技术”(idk-nbt)与奈米科学中心(cens)的精英网路(elite network)、以及美国能源部(doe)先进能源研究中心赞助“基于聚合物材料的太阳能采集”(phase)计划的进一步支持。此外，该研究的部份工作是在美国能源部基础能源科学办公室支持的先进光源计划中进行。


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