美國IBM的研究人員宣布,已制作出采用碳材料——單層石墨烯作為透明電極的有機EL元件,并獲得了與采用ITO時幾乎相同的發光特性。這一消息是在有機EL技術研討會“OLEDs World Summit 2012”(美國舊金山市�2012�9�26�28日)上發布的。此前IBM的石墨烯開發產品以晶體管等微小主動元件為主,此次是首次公開采用大面積石墨烯作為電極的開發實例�
該有機EL元件由IBM公司T.J.Watson研究中心的科技研究員Ning Li制作。采用單層石墨烯作為透明電極的理由有以下兩點:(1)與ITO不同,具有柔性且耐彎曲;�2)材料費便宜,將來的制作成本可能遠遠低于ITO�
此次是將采用化學氣相沉積(CVD)法在銅箔上合成的單層石墨烯轉印至玻璃基板或柔性樹脂基板上,制成的有機EL元件。元件構造的特點是,透明電極采用石墨烯,在空穴運輸層(HTL)與石墨烯之間設置了“界面層”�
此次分別制作出了采用玻璃基板和柔性基板的、綠色發光有機EL元件和白色發光有機EL元件。利用轉印到玻璃基板上的石墨烯制作的有機EL元件的電流發光效率方面,綠色元件達到�80cd/A(亮度為2000cd/m2),白色元件達到�45cd/A(亮度為3000cd/m2)。均高于此前透明電極采用碳納米管及多層石墨烯制作的有機EL元件�
性能與采用玻璃基板和ITO時同�
外量子效率(EQE)方面,綠色發光元件為20.5�20.7%(2000cd/m2),白色發光元件�17%(3000cd/m2)�15%(1萬cd/m2)。這些數值低于最近改進了光提取技術的高效率有機EL元件。但改變亮度時的EQE及光譜方面,即便是使用轉印到柔性基板上的石墨烯,與采用玻璃基板和ITO制作的有機EL元件相比,基本沒有差別。Li Ning介紹說,白色發光元件的顯色指數(CRI,color rendering index)“高�85”�
據Li介紹,此次制作的元件的關鍵點在于:(1)通過在涂布工藝向石墨烯中摻雜分子材料,在提高導電性的同時,還實現了工作函數控制并提高了向有機層注入空穴的性能;(2)通過設置界面層,降低了石墨烯與有機層的接觸電阻�
作為透明電極,單層石墨烯本身的性能方面,Li Ning表示,“光透射率達�97%。盡管薄膜電阻值偏高,較低的也有數百�/□,但可以通過優化摻雜劑等措施來降低該數值”,目前存在的課題是,摻雜效果會隨著時間的流逝而降低�
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