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石墨烯替代ITO應用于OLED可能嗎？
2021-01-15
在不斷發展的透明導體市場中,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.
然而,由于技術不成熟,石墨烯作為透明電極的應用受到巨大的影響.現在,來自飛利浦研究所和劍橋大學的科學家們制備出以石墨烯為基礎的有機發光二極管(OLED),其與先進的ITO器件相比,可以表現出更優異的性能.
石墨烯具有高的光學透明性和電子遷移率,使其成為一種非常適合光電應用的材料,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,對可應用于下一代器件的透明導體(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,通過摻雜來增加可用的電荷載流子的數量.必須小心避免在摻雜過程破壞石墨烯的高光學透明性,因為這是作為透明電極的一個重要的性質.
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生彎曲和調制,以此對最終裝置的光電性能進行微調.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.已經有很多關于金屬氧化物的研究報道.但是,最近發表在ScientificReports雜志上的一個研究,關注的是少有人研究的載荷傳輸機制的微觀特性.
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.
來自劍橋大學和飛利浦研究中心的科學家,展示了石墨烯OLED疊層的制備,其效率比標準的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.通過光激發研究,發現這些材料的組合導致了能帶的彎曲.
最后,MoO3的導帶相對于石墨烯的費米能級往下彎,因此導致了適合電荷傳輸的理想能級排列.通過優化MoO3薄膜厚度的結構能獲得比高科技ITO參照器件更高的效率.
結論
該研究為石墨烯光電器件的能帶工程設計打開了新的途徑.這反過來,將為石墨烯的廣泛應用打下基礎,尤其是對有機光電子.該研究是由歐洲計劃GRAFOL執行的,該計劃的目標是卷對卷法大量的制備石墨.
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