打破傳統(tǒng)硅晶工藝，TUM成功印刷薄膜有機(jī)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(jié)能的方式進(jìn)行生產(chǎn)，廣泛地應(yīng)用在柔性顯示器與觸控屏幕、發(fā)光薄膜、RFID標(biāo)簽以及太陽(yáng)能電池。

 

有機(jī)電子可望作為傳統(tǒng)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(jī)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(xiàng)國(guó)際性的合作計(jì)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(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(lái)的。（來(lái)源：TUM）

 

然而，為了制造出產(chǎn)業(yè)級(jí)的組件，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(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，必須充份地了解其細(xì)節(jié)，才能實(shí)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(diǎn)。然而，這種結(jié)構(gòu)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(shù)量非常有限的稀有元素。

 

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

 

 

基于導(dǎo)電聚合物的有機(jī)電子市場(chǎng)發(fā)展前景樂觀。（來(lái)源：TUM）

 

研究人員利用在柏克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)室同步進(jìn)行研究時(shí)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(guò)程中的安排與方向，可以從擴(kuò)散模式的變化來(lái)決定。

 

 

“我們?cè)谘芯抗ぷ髦邪l(fā)現(xiàn)，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(duì)于迭層的集結(jié)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(dǎo)分子的結(jié)晶。分子之間的距離縮小，同時(shí)提高了導(dǎo)電率。”

 

 

可印刷有機(jī)電子的打印機(jī)。

 

透過(guò)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(xiàn)這些目標(biāo)，TUM的研究人員希望持續(xù)研究并進(jìn)一步優(yōu)化電極材料，將這些研究結(jié)果與知識(shí)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(chǔ)，未來(lái)這些都將用于業(yè)界廠商，”Muller-Buschbaum教授表示。