高性能银纳米线柔性透明电极制备及其在OLED中的应用研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:qilina15832583026
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柔性透明电极(Flexible transparent electrode,FTE)是许多柔性电子产品(如:柔性显示屏、柔性太阳能电池和柔性传感器)中的关键部件之一,需要其能够在一定变形(弯曲、扭曲、拉伸和压缩)状态下稳定工作。影响柔性透明电极性能的关键因素是导电介质材料。氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)薄膜是加工透明电极的常用材料,但是其质脆易断,不适用于加工柔性透明电极。银纳米线(Silver nanowire,AgNW)的合成价格低廉、导电性好,同时银纳米线网络具有极佳的柔性,是ITO薄膜的最佳替代者之一。尽管优点众多,银纳米线网络还存在搭接点接触电阻大和热稳定性差的问题,致使开发的银纳米线柔性透明电极难以达到预期导电性和寿命。因此,制备搭接点接触电阻小且热稳定性高的银纳米线网络是开发高性能银纳米线柔性透明电极的关键技术。本论文提出在银纳米线网络搭接点处沉积纳米钎料降低搭接点接触电阻;以TiO2保护壳包裹银纳米线网络提升其热稳定性;采用将银纳米线网络镶嵌在高分子基板表面的方法制备了兼具优异光电性能和高柔性的银纳米线柔性透明电极。同时,开发出以银纳米线柔性透明电极为基础的柔性有机发光二极管(Organic light-emitting diode,OLED)。最后,通过在银纳米线柔性透明电极表面增加光提取结构,成功解决了柔性OLED光提取效率低的难题。提出自限制反应连接银纳米线网络,这种方法能在银纳米线网络搭接点沉积纳米钎料,使银纳米线网络的导电性提高。自限制反应连接银纳米线的过程中,纳米钎料仅仅沉积在银纳米线网络搭接点,不会降低银纳米线网络的透光率,在维持高透光率(89.3%)的情况下将银纳米线网络的方阻从18.6Ω/sq降到7.7Ω/sq。此外,搭接点沉积的纳米钎料能够减少银纳米线网络产生的焦耳热,降低从银纳米线指向搭接点的化学势梯度,使银纳米线网络的电流稳定性提高,保证银纳米线网络能在75 m A/cm2的电流应力下稳定工作。通过热分解TiO2溶胶的方法成功制备了AgNW@TiO2核-壳网络,该网络中银纳米线被形貌连续、厚度均匀的TiO2保护壳包裹。TiO2保护壳能够抑制银纳米线表面银原子的扩散,使AgNW@TiO2核-壳网络能够在300℃下稳定工作,而原始银纳米线网络在225℃下迅速被破坏。TiO2溶胶热分解为TiO2保护壳时产生的收缩力能够降低银纳米线网络的表面粗糙度,使银纳米线网络对光线的散射减弱,提高了银纳米线网络的透光率。同时,该收缩力会挤压银纳米线,使其接触更加紧密,从而降低搭接点接触电阻并提高银纳米线网络的导电性。采用将银纳米线网络镶嵌在高分子基板表面的方法制备了高性能银纳米线柔性透明电极,其透光率为74.6%,方阻为6.2Ω/sq,表面粗糙度为1.1 nm。随后,采用旋涂和蒸镀技术在银纳米线柔性透明电极表面制备柔性OLED。发现银纳米线柔性透明电极能消除波导模式,使柔性OLED具有较高的电流效率(82.3 cd/A)和功率效率(67.6 lm/W)。此外,柔性OLED的电流密度很低,有机发光层的衰退速度缓慢,使器件寿命达到420 min。最后,采用全溶液法在银纳米线柔性透明电极表面增加光提取结构。光提取结构能够降低光线在高分子基板/空气界面的入射角,避免光线发生全反射而被限制在器件内部,使柔性OLED的光提取效率提高。在银纳米线柔性透明电极表面增加光提取结构后,柔性OLED的光提取效率从28.0%提升至38.4%,并且其电流效率和功率效率分别提升至100.3 cd/A和85.8 lm/W。此外,增加光提取结构后,柔性OLED在不同视角的发光光谱和Commission Internationale de L’Eclairage(CIE)坐标基本相同,有利于开发具有广视角的柔性OLED显示屏。
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