《RSC Advances》：用于光電器件集成的多材料透明導(dǎo)電電極結(jié)構(gòu)的光子燒結(jié)后處理（IF=3.956）

背景：

新興的柔性光電器件需要多材料處理能力，以充分利用對溫度敏感的基板和材料。本報(bào)告展示了光子燒結(jié)如何實(shí)現(xiàn)具有非常不同特性的材料的加工。例如，電荷載流子傳輸/阻擋金屬氧化物和透明導(dǎo)電銀納米線電極應(yīng)該與低能量和高通量處理兼容，以集成到柔性低溫基板上。與傳統(tǒng)的后處理方法相比，我們展示了一種快速制造路線，可在聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)上產(chǎn)生高度穩(wěn)定的混合電極結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由一個互連的銀納米線網(wǎng)絡(luò)組成，該網(wǎng)絡(luò)封裝有一層薄的晶體感光二氧化鈦(TiO₂)涂層，允許使用獨(dú)立的光子后處理燒結(jié)步驟對兩層進(jìn)行處理。第一步燒結(jié)納米線，而第二步完成頂部金屬氧化物層從非晶態(tài)到晶體TiO₂的轉(zhuǎn)化。與烤箱處理相比，這種方法提高了制造速度，同時提供了與最先進(jìn)的光學(xué)和電氣特性相當(dāng)?shù)奶匦?。?yōu)化后的透明度值達(dá)到85%，霧度值在550nm時降至7%，同時保持18.1Ωsq.^?1的薄層電阻。然而，這種混合架構(gòu)提供了更強(qiáng)的抗降解能力，我們通過暴露在惡劣的等離子體條件下證明了這一點(diǎn)。總之，這項(xiàng)研究展示了精心優(yōu)化的光子固化后處理如何提供更穩(wěn)定的混合架構(gòu)，同時使用適合在低溫基板上進(jìn)行大批量制造的多材料處理技術(shù)。

文獻(xiàn)介紹：

在低溫柔性基板上實(shí)現(xiàn)高性能器件的低成本制造之前，柔性混合光電集成面臨幾個基本挑戰(zhàn)。這些低成本基板通常具有嚴(yán)格的加工要求，從而導(dǎo)致關(guān)鍵的制造問題?；诩す饣?/span>光子燒結(jié)的后處理燒結(jié)等新興技術(shù)為傳統(tǒng)的基于烤箱的熱敏基板加工提供了有希望的替代方案。通過仔細(xì)調(diào)整每種材料的加工條件，可以在同一設(shè)備上獨(dú)立處理多個薄膜，而無需熱退火，并且速度很快。金屬納米顆粒制成的薄膜需要用少量的高功率密度脈沖進(jìn)行處理，才能獲得高密度導(dǎo)電薄膜。對于陶瓷材料，大量低功率密度脈沖往往能提高致密化和結(jié)晶化。雖然這些一般規(guī)則似乎不相容，但它們可以結(jié)合起來，使用相同的快速處理設(shè)備來處理多材料設(shè)備。事實(shí)上，這種使用最少的工具來處理多種材料的可能性可以證明對柔性設(shè)備的快速組裝具有巨大優(yōu)勢，因?yàn)樗梢詼p少制造步驟的數(shù)量并提高其產(chǎn)量。

許多柔性混合光電器件的一個重要組成部分是透明導(dǎo)電電極(TCE)。然而，它們在低溫柔性基板上集成起來尤其困難。同樣，載流子傳輸/阻擋金屬氧化物層也常常需要與低溫基板不兼容的加工步驟。這些在光電子學(xué)中廣泛使用的常見材料以前都是使用光子燒結(jié)后處理進(jìn)行處理的。然而，將它們結(jié)合起來會帶來全新的復(fù)雜性，使加工技術(shù)保持不變。

銀納米線滲透網(wǎng)絡(luò)具有更高的導(dǎo)電性、更好的基材附著力、高光傳輸率和柔韌性，是氧化銦錫(ITO)薄膜的理想替代品。金屬納米線的光子燒結(jié)可以成功創(chuàng)建半透明的導(dǎo)電滲透網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樵诩{米線連接處可以發(fā)生光誘導(dǎo)等離子體焊接。大多數(shù)金屬納米結(jié)構(gòu)在整個可見光譜范圍內(nèi)都表現(xiàn)出表面等離子體共振，與非等離子體納米顆粒相比，它們具有很強(qiáng)的光吸收能力。這就是光子燒結(jié)系統(tǒng)依賴于高功率和寬光譜氙氣閃光燈的原因。

同時，新興的基于溶液的金屬氧化物前體為使用高通量工業(yè)制造工藝在低溫柔性基材上進(jìn)行集成提供了巨大的潛力。二氧化鈦(TiO₂)對各種光電子器件尤其有用，既可作為活性材料，又可作為電子傳輸層。例如，利用TiO₂和銀納米線之間的協(xié)同關(guān)系的噴墨打印紫外光電探測器已被證明，突出了這兩種材料用于印刷光電子器件開發(fā)的潛力。類似地，在存儲聚合物上印刷氧化物薄膜晶體管(TFT)也曾被證明。在那里，金屬氧化物層通過卷對卷配置中的陰影掩模暴露于紫外線下。正在進(jìn)行的用于光電裝置的大面積光誘導(dǎo)燒結(jié)和金屬氧化物材料（如二氧化鈦）結(jié)晶的研究可分為三個主要領(lǐng)域：紫外線誘導(dǎo)、可見光和近紅外光誘導(dǎo)以及寬帶脈沖光誘導(dǎo)結(jié)晶。傳統(tǒng)上，大多數(shù)金屬氧化物在光譜的可見部分是透明的，光子燒結(jié)后處理所需的能量比處理金屬納米結(jié)構(gòu)所需的能量更高。

先前的報(bào)道描述了結(jié)合TiO₂和銀納米線的混合復(fù)合架構(gòu)。這些混合平臺已證明可改善線間結(jié)電阻、網(wǎng)絡(luò)的化學(xué)穩(wěn)定性、熱彈性以及暴露于比裸納米線網(wǎng)絡(luò)支持的更高溫度時的整體電極壽命。這主要通過使用原子層沉積技術(shù)的保形涂層或用金屬氧化物納米顆粒裝飾銀納米線來實(shí)現(xiàn)。這些改進(jìn)的操作條件使得能夠在剛性基板上開發(fā)薄膜晶體管和柔性憶阻器。然而，目前這些TiO₂層的沉積和處理方法仍然依賴于非晶態(tài)金屬氧化物薄膜、傳統(tǒng)的溶膠-凝膠化學(xué)路線、使用剛性基板以及復(fù)雜且昂貴且產(chǎn)量低的沉積技術(shù)?？傮w而言，這些方法忽略了使用結(jié)晶材料的潛在優(yōu)勢以及集成到流線型卷對卷制造設(shè)施中的可能性。

本報(bào)告描述了一種簡單的制造方法，用于在PET上使用兩個獨(dú)立的光子燒結(jié)后處理步驟生產(chǎn)多材料、穩(wěn)定的混合TCE架構(gòu)。詳細(xì)的處理?xiàng)l件說明了如何利用每種材料的響應(yīng)來調(diào)整閃光參數(shù)，從而允許每種材料獨(dú)立于其他材料進(jìn)行處理。使用感光TiO₂不僅為這些薄膜提供了重要的環(huán)境保護(hù)和穩(wěn)定性，同時還進(jìn)一步改善了它們的電性能。這些混合TCE架構(gòu)提供了一個平臺，可以通過結(jié)合簡單的制造技術(shù)以較低的制造成本集成到下一代光電元件的制造中。

引用：https://doi.org/10.1039/d3ra07103k

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