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石墨烯替代ITO應(yīng)用于OLED可能嗎？
2021-01-15
在不斷發(fā)展的透明導(dǎo)體市場(chǎng)中,石墨烯作為氧化銦錫(ITO)替代品正越來(lái)越受到重視,尤其是對(duì)于那些高度便攜、靈活的器件的開(kāi)發(fā).
然而,由于技術(shù)不成熟,石墨烯作為透明電極的應(yīng)用受到巨大的影響.現(xiàn)在,來(lái)自飛利浦研究所和劍橋大學(xué)的科學(xué)家們制備出以石墨烯為基礎(chǔ)的有機(jī)發(fā)光二極管(OLED),其與先進(jìn)的ITO器件相比,可以表現(xiàn)出更優(yōu)異的性能.
石墨烯具有高的光學(xué)透明性和電子遷移率,使其成為一種非常適合光電應(yīng)用的材料,例如觸摸屏、LED以及太陽(yáng)能電池.目前,這些器件還主要是通過(guò)ITO制備的.
然而,對(duì)可應(yīng)用于下一代器件的透明導(dǎo)體(TC)替代品的需求正在增加,因?yàn)殂熢夭粩嘣黾拥膬r(jià)格和強(qiáng)烈的地域限制以及柔性器件市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì).
石墨烯具有高的載流子遷移率,但通常具有低的載流子濃度.因此其作為電極的整體性能還需要改進(jìn),通過(guò)摻雜來(lái)增加可用的電荷載流子的數(shù)量.必須小心避免在摻雜過(guò)程破壞石墨烯的高光學(xué)透明性,因?yàn)檫@是作為透明電極的一個(gè)重要的性質(zhì).
活性層和電極之間有效地載流子交換對(duì)獲得期望的光電功能是非常重要的.活性材料和電極的電子能帶彼此間發(fā)生彎曲和調(diào)制,以此對(duì)最終裝置的光電性能進(jìn)行微調(diào).因此,有必要研究在完整的光電裝置中載流子的交換效率和能帶的彎曲.
在光電器件如OLED中,為了提高載流子的流動(dòng)和能帶排列以及石墨烯的摻雜,金屬氧化物薄膜通常被用作石墨烯電極和活性材料的中間層.已經(jīng)有很多關(guān)于金屬氧化物的研究報(bào)道.但是,最近發(fā)表在ScientificReports雜志上的一個(gè)研究,關(guān)注的是少有人研究的載荷傳輸機(jī)制的微觀特性.
在這個(gè)名為"引入金屬氧化物的OLED石墨烯電極的電荷傳輸摻雜和能帶排列"的研究中,研究團(tuán)隊(duì)研究了直接CVD沉積在玻璃或氧化物基體上的石墨烯層.
來(lái)自劍橋大學(xué)和飛利浦研究中心的科學(xué)家,展示了石墨烯OLED疊層的制備,其效率比標(biāo)準(zhǔn)的ITO器件更好.
在基本的OLED疊層和石墨烯電極間引入了氧化鉬(MoO3)中間層.通過(guò)光激發(fā)研究,發(fā)現(xiàn)這些材料的組合導(dǎo)致了能帶的彎曲.
最后,MoO3的導(dǎo)帶相對(duì)于石墨烯的費(fèi)米能級(jí)往下彎,因此導(dǎo)致了適合電荷傳輸?shù)睦硐肽芗?jí)排列.通過(guò)優(yōu)化MoO3薄膜厚度的結(jié)構(gòu)能獲得比高科技ITO參照器件更高的效率.
結(jié)論
該研究為石墨烯光電器件的能帶工程設(shè)計(jì)打開(kāi)了新的途徑.這反過(guò)來(lái),將為石墨烯的廣泛應(yīng)用打下基礎(chǔ),尤其是對(duì)有機(jī)光電子.該研究是由歐洲計(jì)劃GRAFOL執(zhí)行的,該計(jì)劃的目標(biāo)是卷對(duì)卷法大量的制備石墨.
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