采用热压法处理银纳米线电极及其在OLED中的应用研究

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最近,柔性的有机电致发光二极管(Flexible Organic Light Emitting Diodes,FOLEDs)受到了人们广泛的关注。它们在显示和照明应用方面有着很好的特性,比如重量轻,可弯曲,效率高等。FOLEDs中一个关键的部分是透明导电电极(Transparent Conductive Electrode,TCE),需要满足可弯曲,低成本,高导电性和透光率的要求。现在最常用的电极材料是氧化铟锡(Indium-tin oxide,ITO),但是很多缺陷限制了它在FOLEDs中的应用,比如复杂的制备过程,稀有元素铟的匮乏,在弯折拉伸的时候容易破坏导电性等。过去几十年,人们研究了很多种导电材料,比如石墨烯,碳纳米管,金属纳米线,导电聚合物,用来取代ITO应用在FOLEDs中。其中,银纳米线(Silver nanowire,AgNW)因为它本身优异的光电特性以及良好的可弯折性,使得它成为最有希望的替代材料。尽管银纳米线有这么多出色的特性,但是目前还有一些问题阻碍它在FOLEDs中大范围的应用,第一个是薄膜制备温度,另外一个是薄膜表面粗糙度。本论文首先介绍了两步多元醇还原法制备银纳米线的实验过程。根据银纳米线的合成机理,通过调整聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone,PVP)的分子量,PVP与硝酸银的比例,氯化钠的添加量,合成温度,搅拌速度,硝酸银滴加速度来控制形成的银纳米产物形态。为了使最终制备的电极更好的用于OLED,本文合成的银纳米线平均长度和直径分别为15~25μm和50~90 nm。论文随后用自己制备的银纳米线在基板上旋涂成导电薄膜。虽然导电性和透明度都比较好,但是如果要将这种导电薄膜做成电极用于制备OLED还存在一些问题。第一个是导电率较差,因为银纳米线之间搭接的不够紧密。另外在线与线之间的连接处会形成凸起,造成的局部高度有几百纳米,这些凸起会使得薄膜表面非常不平整,粗糙度很大,这是造成OLED短路的主要原因。为了解决这些问题,我们提出了一种简单高效的热压法处理这些导电薄膜。考虑到透明导电电极的导电率,粗糙度和透光率,我们尝试了不同的热压压力,温度和时间,最终采用了36 MPa,30℃和120 s作为热压参数。使用这种热压法处理过后的以玻璃为基板的AgNW/PEDOT:PSS薄膜方阻为12Ω/□,550 nm处的透光率是83%,粗糙度只有13 nm,而以聚萘二甲酸乙二酯(Polyethylene naphthalate,PEN)为基板的AgNW/PEDOT:PSS薄膜方阻也只有19Ω/□,透光率为70%,同时表面也很平整,并且在弯折800次以后,方阻基本上保持不变,远远好于以PEN为基板的ITO电极。论文最后用热压法处理过的AgNW/PEDOT:PSS薄膜作为电极制备出了荧光,磷光和柔性OLED。通过和未热压过的AgNW/PEDOT:PSS薄膜为电极的器件比较,发现热压法处理过的AgNW/PEDOT:PSS薄膜作电极的器件漏电流更小,器件效率和亮度更高。这里荧光和磷光器件结构是空穴过剩的,因此热压法处理过的AgNW/PEDOT:PSS薄膜作电极的OLED甚至能达到比以ITO为电极的OLED更高的电流效率。这些结果说明热压法是一种简单却高效的能降低银纳米线薄膜粗糙度,提升导电率的方法,并且证明了银纳米线确实是一种很有希望取代ITO成为制备柔性OLED的材料。
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