Stratégie de fabrication élaborée par solution évolutive pour électrodes à haute performance, flexibles et transparentes avec un maillage métallique intégré
Summary
Ce protocole décrit une stratégie de fabrication basée sur la solution pour des électrodes flexibles et performantes à haute performance avec une maille en métal épaisse entièrement intégrée. Les électrodes transparentes flexibles fabriquées par ce procédé se distinguent par les performances les plus élevées, notamment la résistance à la feuille ultra-faible, la haute transmittance optique, la stabilité mécanique sous pliage, une adhérence solide au substrat, la lisibilité de la surface et la stabilité de l'environnement.
Abstract
Ici, les auteurs rapportent l'électrode transparente en maille métallique intégrée (EMTE), une nouvelle électrode transparente (TE) avec une maille métallique complètement intégrée dans un film polymère. Cet article présente également une méthode de fabrication peu coûteuse et sans vide pour ce TE nouveau; L'approche combine le traitement lithographique, électrolytique et de transfert d'empreinte (LEIT). La nature intégrée des EMTE offre de nombreux avantages, tels que la douceur de surface élevée, ce qui est essentiel pour la production de produits électroniques organiques; Stabilité mécanique supérieure lors de la flexion; Résistance favorable aux produits chimiques et à l'humidité; Et une forte adhérence avec un film en plastique. La fabrication de LEIT comporte un procédé d'électrodéposition pour le dépôt de métaux sans vide et est favorable à la production industrielle de masse. En outre, LEIT permet la fabrication de mailles métalliques avec un rapport d'aspect élevé ( c.-à-d., L' épaisseur à la largeur de ligne), améliorant significativement sa conductance électrique sans perdre de manière optiqueAnsmittance. Nous démontrons plusieurs prototypes d'EMTE flexibles, avec des résistances de feuilles inférieures à 1 Ω / sq et des transmissions supérieures à 90%, ce qui entraîne des valeurs de mérite très élevées (FoM) – jusqu'à 1,5 x 10 4 – qui sont parmi les meilleures valeurs dans le Littérature publiée.
Introduction
Dans le monde entier, des études sont menées pour rechercher des remplacements d'oxydes conducteurs transparents rigides (TCO), tels que les films d'oxyde d'étain et d'oxyde d'étain dopé au fluor (FTO), afin de fabriquer des TE flexibles / extensibles à utiliser dans des conditions de flexibilité / Dispositifs optoélectroniques étirables 1 . Cela nécessite de nouveaux matériaux avec de nouvelles méthodes de fabrication.
Les nanomatériaux, tels que le graphène 2 , les polymères conducteurs 3 , 4 , les nanotubes de carbone 5 et les réseaux aléatoires de nanofils métalliques 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , ont été étudiés et ont démontré leurs capacités dans les TE flexibles, en répondant aux défauts de TCE existants, Y compris la fragilité de film 12 , la faible transmittance infrarouge 13 et la faible abondance 14 . Même avec ce potentiel, il est encore difficile d'obtenir une conductivité électrique et optique élevée sans détérioration sous pliage continu.
Dans ce cadre, les maillages métalliques réguliers 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 évoluent en tant que candidat prometteur et ont réalisé une transparence optique remarquablement élevée et une faible résistance de la feuille, qui peut être réglable sur demande. Cependant, l'utilisation extensive de TE à base de maille métallique a été entravée en raison de nombreux défis. Tout d'abord, la fabrication implique souvent le dépôt coûteux et sous vide de métaux 16 , 17 , </sup> 18 , 21 . Deuxièmement, l'épaisseur peut facilement provoquer des courts-circuits électriques 22 , 23 , 24 , 25 dans des dispositifs optoélectroniques organiques à couche mince. Troisièmement, l'adhérence faible avec la surface du substrat entraîne une faible flexibilité 26 , 27 . Les limitations susmentionnées ont créé une demande pour de nouvelles structures TE à base de maille métallique et des approches évolutives pour leur fabrication.
Dans cette étude, nous rapportons une nouvelle structure de TE flexible qui contient une maille métallique complètement intégrée dans un film polymère. Nous décrivons également une approche de fabrication novatrice, basée sur des solutions et peu coûteuse qui combine la lithographie, l'électrodéposition et le transfert d'empreinte. Des valeurs FoM jusqu'à 15k ont été atteintes sur les EMTE d'échantillons. En raison de la nature intégrée deLes EMTE, une stabilité chimique, mécanique et environnementale remarquable ont été observées. De plus, la technique de fabrication traitée par solution établie dans ce travail peut être utilisée pour la production à faible coût et à haut débit des EMTE proposés. Cette technique de fabrication est évolutive vers des lignes de maille de maille plus fines, de plus grandes surfaces et une gamme de métaux.
Protocol
Representative Results
Discussion
Notre méthode de fabrication peut être modifiée pour permettre l'évolutivité des tailles de caractéristiques et des zones de l'échantillon et pour l'utilisation de divers matériaux. La fabrication réussie des EMTE en cuivre sous-micromètre ( Figure 3a-3c ) utilisant EBL prouve que la structure EMTE et les étapes clés de la fabrication LEIT, y compris l'électrodéposition et le transfert d'impression, peuvent être ajustées de manière fiable à une plag…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été partiellement soutenu par le Fonds général de recherche du Conseil des subventions de recherche de la Région administrative spéciale de Hong Kong (Prix n ° 17246116), le Programme des jeunes chercheurs de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (61306123), le Programme de recherche de base – Programme général de la Commission d'innovation en science et technologie de la municipalité de Shenzhen (JCYJ20140903112959959), et le Programme clé de recherche et de développement du Département provincial de la science et de la technologie du Zhejiang (2017C01058). Les auteurs souhaitent remercier Y.-T. Huang et SP Feng pour leur aide avec les mesures optiques.
Materials
| Acetone | Sigma-Aldrich | W332615 | Highly flammable |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | 190764 | Highly flammable |
| FTO Glass Substrates | South China Xiang S&T, China | ||
| Photoresist | Clariant, Switzerland | 54611L11 | AZ 1500 Positive tone resist (20cP) |
| UV Mask Aligner | Chinese Academy of Sciences, China | URE-2000/35 | |
| Photoresist Developer | Clariant, Switzerland | 184411 | AZ 300 MIF Developer |
| Cu, Ag, Au, Ni, and Zn Electroplating solutions | Caswell, USA | Ready to use solutions (PLUG N' PLATE) | |
| Keithley 2400 SourceMeter | Keithley, USA | 41J2103 | |
| COC Plastic Films | TOPAS, Germany | F13-19-1 | Grade 8007 (Glass transition temperature: 78 °C) |
| Hydraulic Press | Specac Ltd., UK | GS15011 | With low tonnage kit ( 0-1 ton guage) |
| Temperature Controller | Specac Ltd., UK | GS15515 | Water cooled heated platens and controller |
| Chiller | Grant Instruments, UK | T100-ST5 | |
| Polymethyl Methacrylate (PMMA) | Sigma-Aldrich | 200336 | |
| Anisole | Sigma-Aldrich | 96109 | Highly flammable |
| EBL Setup | Philips, Netherlands | FEI XL30 | Scanning electron microscope equipped with a JC Nabity pattern generator |
| Isopropyl Ketone | Sigma-Aldrich | 108-10-1 | |
| Silver Paste | Ted Pella, Inc, USA | 16031 | |
| UV–Vis Spectrometer | Perkin Elmer, USA | L950 |
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