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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)體市場中,石墨烯作為氧化銦錫(ITO)替代品正越來越受到重視,尤其是對于那些高度便攜、靈活的器件的開發(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以及太陽能電池.目前,這些器件還主要是通過ITO制備的.
然而,對可應(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,因為銦元素不斷增加的價格和強烈的地域限制以及柔性器件市場的發(fā)展趨勢.
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),通過摻雜來增加可用的電荷載流子的數(shù)量.必須小心避免在摻雜過程破壞石墨烯的高光學(xué)透明性,因為這是作為透明電極的一個重要的性質(zhì).
活性層和電極之間有效地載流子交換對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道.但是,最近發(fā)表在ScientificReports雜志上的一個研究,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)隊研究了直接CVD沉積在玻璃或氧化物基體上的石墨烯層.
來自劍橋大學(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)帶相對于石墨烯的費米能級往下彎,因此導(dǎo)致了適合電荷傳輸?shù)睦硐肽芗壟帕?通過優(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)計打開了新的途徑.這反過來,將為石墨烯的廣泛應(yīng)用打下基礎(chǔ),尤其是對有機(jī)光電子.該研究是由歐洲計劃GRAFOL執(zhí)行的,該計劃的目標(biāo)是卷對卷法大量的制備石墨.
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