Trykkeriinnovationer giver ti gange forbedring af organisk elektronik

SLAC- og Stanford -forskere har udviklet en ny, trykproces for organisk tyndfilmselektronik, der resulterer i film af slående højere kvalitet.

Gennem innovationer til en trykproces, forskere har foretaget store forbedringer af organisk elektronik - en teknologi, der efterspørges efter letvægts, billige solceller, fleksible elektroniske displays og bittesmå sensorer. Udskrivningsmetoden er hurtig og arbejder med en række forskellige organiske materialer til at producere halvledere af slående højere kvalitet end hvad der hidtil er opnået med lignende metoder.

Organisk elektronik har et stort løfte til en række forskellige applikationer, men selv de film af højeste kvalitet, der er tilgængelige i dag, mangler i, hvor godt de leder elektrisk strøm. Teamet fra US Department of Energy's (DOE) SLAC National Accelerator Laboratory og Stanford University har udviklet en trykproces, de kalder FLUENCE-væskeforstærket krystalteknik-der for nogle materialer resulterer i tynde film, der er i stand til at lede elektricitet 10 gange mere effektivt end dem, der er skabt ved hjælp af konventionelle metoder.

"Endnu bedre, de fleste af koncepterne bag FLUENCE kan skaleres op til industriens krav, "sagde Ying Diao, en SLAC/Stanford postdoktoral forsker og hovedforfatter af undersøgelsen, som dukkede op i dag i Naturmaterialer .

Stefan Mannsfeld, en SLAC -materialefysiker og en af ​​eksperimentets hovedforskere, sagde, at nøglen var at fokusere på trykprocessens fysik frem for halvlederens kemiske sammensætning. Diao konstruerede processen til at producere strimler af store, pænt justerede krystaller, som elektrisk ladning let kan strømme igennem, samtidig med at fordelene ved den "anstrengte gitter" -struktur og "løsningsklipning" -teknik bevares, der tidligere var udviklet i laboratoriet hos Mannsfelds medforsker, Professor Zhenan Bao fra Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, et fælles SLAC-Stanford institut.

For at gøre forskuddet, Diao fokuserede på at kontrollere strømmen af ​​væsken, hvor det organiske materiale opløses. "Det er en vigtig brik i puslespillet, sagde hun. Hvis blækstrømmen ikke fordeles jævnt, som det ofte er tilfældet under hurtig udskrivning, de halvledende krystaller vil være fyldt med fejl. "Men på dette område har der været foretaget lidt forskning om at kontrollere væskestrømmen."

Diao designede et trykblad med små søjler indlejret i det, der blander blækket, så det danner en ensartet film. Hun konstruerede også en vej udenom et andet problem:krystallers tendens til tilfældigt at danne sig på tværs af substratet. En række smart designet kemiske mønstre på substratet undertrykker dannelsen af ​​uregerlige krystaller, der ellers ville vokse ud af tilpasning til udskrivningsretningen. Resultatet er en film af store, godt justerede krystaller.

Røntgenundersøgelser af gruppens organiske halvledere ved Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL) tillod dem at inspicere deres fremskridt og fortsætte med at foretage forbedringer, til sidst viser pænt arrangerede krystaller mindst 10 gange længere end krystaller skabt med andre løsningsbaserede teknikker, og af meget større strukturel perfektion.

Gruppen gentog også eksperimentet ved hjælp af et andet organisk halvledermateriale med en signifikant anderledes molekylær struktur, og igen så de en bemærkelsesværdig forbedring i filmens kvalitet. De mener, at dette er et tegn på, at teknikkerne vil fungere på tværs af forskellige materialer.

Hovedforskere Bao og Mannsfeld siger, at det næste skridt for gruppen er at fastlægge det underliggende forhold mellem materialet og den proces, der muliggjorde et sådant fantastisk resultat. En sådan opdagelse kan give en hidtil uset grad af kontrol over trykte filmes elektroniske egenskaber, optimere dem til de enheder, der vil bruge dem.

"Det kan føre til et revolutionerende fremskridt inden for organisk elektronik, "Sagde Bao." Vi har gjort fremragende fremskridt, men jeg tror, ​​vi kun ridser i overfladen. "