在不断发展的透明导体市场中,石墨烯作为氧化铟锡(ITO)替代品正越来越受到重视,尤其是对于那些高度便携、灵活的器件的开发.

        然而,由于技术不成熟,石墨烯作为透明电极的应用受到巨大的影响.现在,来自飞利浦研究所和剑桥大学的科学家们制备出以石墨烯为基础的有机发光二极管(OLED),其与先进的ITO器件相比,可以表现出更优异的性能.

        石墨烯具有高的光学透明性和电子迁移率,使其成为一种非常适合光电应用的材料,例如触摸屏、LED以及太阳能电池.目前,这些器件还主要是通过ITO制备的.

        然而,对可应用于下一代器件的透明导体(TC)替代品的需求正在增加,因为铟元素不断增加的价格和强烈的地域限制以及柔性器件市场的发展趋势.

        石墨烯具有高的载流子迁移率,但通常具有低的载流子浓度.因此其作为电极的整体性能还需要改进,通过掺杂来增加可用的电荷载流子的数量.必须小心避免在掺杂过程破坏石墨烯的高光学透明性,因为这是作为透明电极的一个重要的性质.

        活性层和电极之间有效地载流子交换对获得期望的光电功能是非常重要的.活性材料和电极的电子能带彼此间发生弯曲和调制,以此对最终装置的光电性能进行微调.因此,有必要研究在完整的光电装置中载流子的交换效率和能带的弯曲.

        在光电器件如OLED中,为了提高载流子的流动和能带排列以及石墨烯的掺杂,金属氧化物薄膜通常被用作石墨烯电极和活性材料的中间层.已经有很多关于金属氧化物的研究报道.但是,最近发表在ScientificReports杂志上的一个研究,关注的是少有人研究的载荷传输机制的微观特性.

        在这个名为"引入金属氧化物的OLED石墨烯电极的电荷传输掺杂和能带排列"的研究中,研究团队研究了直接CVD沉积在玻璃或氧化物基体上的石墨烯层.

        来自剑桥大学和飞利浦研究中心的科学家,展示了石墨烯OLED叠层的制备,其效率比标准的ITO器件更好.

        在基本的OLED叠层和石墨烯电极间引入了氧化钼(MoO3)中间层.通过光激发研究,发现这些材料的组合导致了能带的弯曲.

        最后,MoO3的导带相对于石墨烯的费米能级往下弯,因此导致了适合电荷传输的理想能级排列.通过优化MoO3薄膜厚度的结构能获得比高科技ITO参照器件更高的效率.

结论

        该研究为石墨烯光电器件的能带工程设计打开了新的途径.这反过来,将为石墨烯的广泛应用打下基础,尤其是对有机光电子.该研究是由欧洲计划GRAFOL执行的,该计划的目标是卷对卷法大量的制备石墨.