傳統(tǒng)剛性光電器件在彎曲、折疊和拉伸變形下的機械穩(wěn)定性較差。納米材料和有機材料憑借其柔韌的力學(xué)性能以及高的光吸收系數(shù)或窄帶的光發(fā)射成為軟性光電子學(xué)的潛在研究對象。

成果簡介

有鑒于此，首爾國立大學(xué)Dae-Hyeong Kim等人闡述了用于柔性光電子器件(如可變形的PD和LED)的納米/微米材料和有機/聚合物材料及其在新型光電子系統(tǒng)中的應(yīng)用，介紹了制造各種柔性和可伸縮光電子器件的先進(jìn)器件設(shè)計和非常規(guī)制造方法，為下一代柔性光電子中光敏材料的光電性能和長期穩(wěn)定性提供了方向。

要點1. 不同材料制備柔性可拉伸光電探測器效果

圖1. 基于納米級材料的柔性光電探測器

圖1(a)使用Ag2Se納米晶溶液處理薄膜研發(fā)了電導(dǎo)率高、陷阱濃度低的近紅外柔性光電探測器?；诔尉Ч璨捎煤髺沤Y(jié)構(gòu)對可見光響應(yīng)靈敏度高的柔性光電晶體管，顯示了在彎曲成像傳感器中的應(yīng)用潛力。圖1(c)利用超薄二硫化鉬的集成層、有機層電極并用噴墨印刷制造大面積柔性透明光電晶體管陣列，經(jīng)彎曲循環(huán)仍能保持原有的性能；IGZO吸附了DUV產(chǎn)生的解離氧而形成的表面陷阱位點，表現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)性能。

圖2. 基于有機材料的柔性光電探測器

基于PIPCP在體異質(zhì)結(jié)活性層中作為供體對近紅外響應(yīng)的有機柔性光電探測器(圖2(a))。PTCDI-C13H27作為活性層， PMMA作為介電層，其超薄器件可與曲面共形接觸。PTCDI- C13H27的空氣穩(wěn)定性和PMMA的低陷阱密度使其具有良好的大面積均勻性和長期穩(wěn)定性。圖2(c)使用新的共軛聚合物系統(tǒng)，BDTT作為供體, PBDTT-ffOx作為受體形成的BHJ體系對從紫外到可見光廣譜響應(yīng)。

圖3. 基于混合材料的柔性光電探測器

C60與單壁碳納米管結(jié)合時能有效離解激子，形成ii型異質(zhì)結(jié)，能夠提高響應(yīng)率和光導(dǎo)增益。鈣鈦礦/還原氧化石墨烯層中引入二硫化鉬納米片所實現(xiàn)的異質(zhì)結(jié)帶隙彎曲使二硫化鉬中的電子和空穴向石墨烯轉(zhuǎn)移，顯著提高了光響應(yīng)率。量子點的螯合銅鈷酸配體降低了表面陷阱位，提高了量子點向晶體管的電荷轉(zhuǎn)移效率(圖3(c))。

要點2. 不同材料制備柔性可拉伸發(fā)光二極管效果

圖4. 基于有機發(fā)光材料的柔性可拉伸發(fā)光二極管

圖4(a)利用可打印彈性導(dǎo)體連接設(shè)計了大面積可拉伸AMOLED。獲得的可拉伸電極用于連接柔性O(shè)LED，從而提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性和拉伸性能。在聚(3,4-乙二氧基噻吩)中摻雜后的表面功函數(shù)和片電阻分別改變?yōu)?.95 eV和30 Ω/□，從而提高了空穴注入效率、電流效率、發(fā)光效率、器件穩(wěn)定性。圖4(c)使用柔性MoS2薄膜作為通道層并用Al2O3封裝晶體管的可穿戴大面積的全彩AM OLED。

圖5. 基于無機/有機材料的柔性和可拉伸LED

圖5(a)通過沉積柔性導(dǎo)電和半導(dǎo)體聚合物，制備超薄聚合物發(fā)光二極管，以及利用超薄PET襯底上的氟化鋰(LiF)和鋁(Al)薄金屬層得到可拉伸的PLED。由電致發(fā)光聚合物層和可拉伸電極組成的可伸縮聚合物基發(fā)光器件,根據(jù)拉伸方向在聚合物基體中排列的納米管能夠獲得高的拉伸能力。由PEDOT:PSS與離子液體EMIM-TCB混合的納米纖顫導(dǎo)電聚合物作為陽極和陰極電極材料的柔性半透明PLED。交換反離子誘導(dǎo)聚合物鏈的結(jié)構(gòu)重排形成有序的導(dǎo)電納米纖維，提高了電導(dǎo)率以及變形能力。

要點3. 展示可穿戴和可植入的PD和LED應(yīng)用技術(shù)

圖6. 可穿戴和可植入的PD和LED集成應(yīng)用

基于可穿戴脈搏血氧計，綠色(532 nm)和紅色(626 nm)的OLED和OPD用來測量人的脈搏和動脈血氧。應(yīng)用五層交替的無機和有機層的鈍化層研發(fā)由綠色和紅色PLED和OPD組成的用于脈搏血氧測定和人體皮膚上實時視覺顯示結(jié)果的超薄光電裝置。

小結(jié)

本文簡要介紹了制造各種柔性和可伸縮光電子器件的先進(jìn)器件設(shè)計和非常規(guī)制造方法。為了開發(fā)柔性和可伸縮的單元器件，應(yīng)提高光敏材料的光電性能和長期穩(wěn)定性。總而言之，該工作強調(diào)了納米和有機/高分子材料在單元器件中的應(yīng)用，以及柔性和可拉伸光電子學(xué)中的系統(tǒng)級應(yīng)用。