《Small Methods》：采用光子燒結(jié)后處理的銀網(wǎng)格/高導(dǎo)電聚合物的大面積噴墨印刷柔性混合電極（IF=12.496）

背景：

印刷有機(jī)電子領(lǐng)域不僅使柔性器件觸手可及，而且使生產(chǎn)過(guò)程朝著高吞吐量的工業(yè)規(guī)模發(fā)展。目前的研究涉及噴墨打印由高導(dǎo)電性有機(jī)層（PEDOT：PSS）作為主電極和無(wú)機(jī)銀納米顆?；W(wǎng)格/薄膜作為輔助電極組成的無(wú)銦錫氧化的大面積柔性雜化電極。目前印刷電子產(chǎn)品卷對(duì)卷生產(chǎn)的瓶頸是導(dǎo)電油墨干燥和燒結(jié)所需的時(shí)間。閃燈燒結(jié)在＜20ms內(nèi)，將納米銀導(dǎo)電油墨燒結(jié)到77.6mΩ□^-1的方塊電阻，這是最快的燒結(jié)方式且不傷害基材。柔性有機(jī)發(fā)光二極管具有較大的有效面積（500mm²）以證明柔性混合電極的有效性和有機(jī)發(fā)光二極管優(yōu)異的彎曲穩(wěn)定性（4mm彎曲半徑）。在3.1V的低導(dǎo)通電壓下，可實(shí)現(xiàn)小面積的（16mm²）的柔性有機(jī)發(fā)光二極管具備最大的電流效率19.58cdA^-1和最大的發(fā)光亮度8708cdm^-2。這種方法有望減少銦的消耗，并為創(chuàng)造用于大面積柔性印刷電子產(chǎn)品的新型高通量混合電極鋪平道路。

文獻(xiàn)介紹：

對(duì)于太陽(yáng)能電池、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、薄膜晶體管(TFT)或顯示器等高性能大面積光電器件，低電阻電極至關(guān)重要。為了降低構(gòu)建OLED等柔性光電子器件的高成本，需要可彎曲且與卷對(duì)卷生產(chǎn)兼容的大面積導(dǎo)電電極。由于固有的薄層電阻，基于氧化銦錫(ITO)的器件尺寸有限，通常只有幾厘米。柔性設(shè)備無(wú)法利用ITO固有的脆性以及高溫沉積帶來(lái)的與塑料基板的不相容性。ITO電極、有機(jī)材料和金屬有一些替代品，它們具有出色的機(jī)械性能，使得在塑料基板上創(chuàng)建柔性顯示器成為可能?？焖?、高通量的基于解決方案的技術(shù)，例如卷對(duì)卷印刷、絲網(wǎng)印刷、噴涂和噴墨印刷（IJP），用于沉積金屬/有機(jī)薄膜。然而，與其他印刷技術(shù)相比，IJP在每個(gè)階段的材料損失率都非常低。我們?cè)缙诘墓ぷ髯C明，由于我們?yōu)榕cIJP工藝兼容的磷光發(fā)射體設(shè)計(jì)的墨水，可以通過(guò)直接IJP進(jìn)行大面積圖案化，而無(wú)需光刻。

最近，研究人員測(cè)試了具有金屬網(wǎng)格、聚合物復(fù)合電極、銀納米線、碳納米管和石墨烯的高導(dǎo)電（HC）聚合物薄膜。IJP金屬網(wǎng)格/高導(dǎo)電(HC)聚合物組合是最通用且最具成本效益的選擇。作為一種按需噴墨技術(shù)，它可以繞過(guò)掩模和基板圖案化步驟。金屬網(wǎng)格/HC聚合物已被探索在實(shí)際器件中的應(yīng)用，尤其是對(duì)于活性面積相對(duì)較小的器件。同時(shí)，還沒(méi)有關(guān)于大面積柔性O(shè)LED的報(bào)道，因?yàn)槭褂肐JP技術(shù)很難在大面積上沉積均質(zhì)材料。

直接印刷的納米銀導(dǎo)電油墨作為電極，在高溫固化之前性能較差。為了提高這些導(dǎo)電油墨的電導(dǎo)率，必須對(duì)它們進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的熱處理，以干燥和燒結(jié)涂層油墨，以獲得適合電極應(yīng)用的電導(dǎo)率范圍。由于柔性基材對(duì)熱的脆弱性增加，例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)基材只能分別承受120和140℃，因此柔性基材上的金屬薄膜的后處理變得具有挑戰(zhàn)性高性能。為了以可承受的價(jià)格以卷對(duì)卷方式大規(guī)模生產(chǎn)塑料電子產(chǎn)品，快速加工方法至關(guān)重要。光子燒結(jié)可提供快速低溫交替退火，且不會(huì)損壞聚合物基材。與激光、微波或等離子燒結(jié)不同，我們可以在幾毫秒內(nèi)施加高能光脈沖。很少有研究人員將光子燒結(jié)用于不同的應(yīng)用。Markus和Krebs利用柔版印刷兩種不同的銀(Ag)納米粒子(NP)油墨（PFI-722和AgNP），進(jìn)行光子燒結(jié)，并實(shí)現(xiàn)了20.3–40.6μΩcm的最低薄層電阻。薩卡等人使用導(dǎo)電銀納米顆粒墨水(UTDAgIJ)進(jìn)行TFT制造，并使用IJP和氙燈進(jìn)行光子燒結(jié)；他們達(dá)到了234.05±8μΩcm的最低電阻率。噴墨工藝已在文獻(xiàn)中用于制造銀膜，所得設(shè)備尺寸僅限于幾毫米。尚未有關(guān)于大面積噴墨生產(chǎn)的銀納米顆粒薄膜用于OLED的記錄。我們首次展示了銀納米粒子墨水在大面積（>100*100mm2）柔性PET基材上的IJP。此外，我們已經(jīng)證明，工業(yè)規(guī)模的光子燒結(jié)設(shè)備可用于控制施加的電壓和脈沖持續(xù)時(shí)間，以最小化薄層電阻并制造均勻的大面積印刷銀膜，而不會(huì)對(duì)基材造成任何損害。

本研究介紹了一種用于大面積柔性OLED的無(wú)ITO混合陽(yáng)極，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有IJP銀納米粒子網(wǎng)格/HC聚合物電極。首先，我們優(yōu)化了IJP控制參數(shù)，以沉積光滑的銀納米顆粒薄膜/網(wǎng)格，并精確控制厚度，范圍從幾百納米到微米范圍。然后，我們建立了閃速燒結(jié)作為一種退火方法來(lái)獲得金屬銀，以克服柔性基板的其他退火技術(shù)的局限性。這項(xiàng)初步研究表明，銀納米顆粒導(dǎo)電油墨可以使用閃速燒結(jié)進(jìn)行干燥，以在＜20毫秒內(nèi)達(dá)到文獻(xiàn)報(bào)道的最低薄層電阻值 (77.6 mΩ □?1)，而不損壞柔性基材。其次，通過(guò)調(diào)節(jié)IJP參數(shù)獲得使用聚(3,4乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT: PSS) (P JET 700)的無(wú)咖啡環(huán)效應(yīng)HC聚合物薄膜作為透明主電極。完整器件制造的示意圖如方案1所示。最后，我們將這些混合電極薄膜納入底部發(fā)射OLED結(jié)構(gòu)中。我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了與標(biāo)準(zhǔn)ITO薄膜相當(dāng)?shù)陌l(fā)光和電流效率值。

引用：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smtd.202300638