用于大面积有机发光二极管和有机光伏材料的喷墨打印技术.docVIP

用于大面积有机发光二极管和有机光伏材料的喷墨打印技术 Maosheng Ren, Harrie Gorter, Jasper Michels, and Ronn Andriessen 前言 有机发光二极管（OLED）相对于诸如荧光灯管之类传统的发光技术而言，具有许多自身的优点。然而，若要真正实现OLED在商业照明领域的广泛应用，还需要花费较传统的技术要更高的成本。 如今，通过真空沉积小分子物质于玻璃基材上（基材上涂布有透明导电氧化物，例如氧化铟锡，即ITO），可以高效地生产出白色的OLED。不过真空加工过程相对于大尺寸产品而言是非常昂贵的，因此，相比之下，低成本的OLED生产技术和常压下的辊对辊（RIR）沉积技术要更为吸引人。在过去的十年中，人们已经对于满足上述要求的、低成本的聚合物发光二极管（PLED）技术进行了详尽的研究。 作为真空技术的一个替代品，通过使得以低的制造成本、在柔性基材上使用辊对辊印制大面积的电子材料成为可能，湿溶液沉积法能够显著地降低成本。因此，我们正在研究大尺寸、与辊对辊加工相匹配的溶液沉积技术1,2。在这一研究中的一个主要题目是如何将喷墨打印的有机墨水用于印刷电子材料。它具有如下优点，是一种非接触技术，在不同的工业加工中能够提供一种简便的模式。由于能够在基材上的特定位置高精确地沉积（低粘度）功能化材料溶液，喷墨技术使得在大面积上快速、方便地沉积聚合物薄膜成为可能。 在过去的几年中，人们已经开发出了可靠、高效的喷墨打印头，使得喷墨技术对于单文档和图表的制作更加成熟3。这一开发为工业喷墨技术在印刷电子产品，包括PLED4,5和薄膜晶体管6,7中的使用创造了新的机会。喷墨打印已经用于制备富勒烯块状异质结有机光伏材料（OPV）。此处，OPV单元的制备是来自聚（3-己基噻吩）（P3HT）和【6,6】-苯基C61- 丁酸甲酯（PCBM）粘合的活性层8,9。 此前，ITO层被印刷透明电极的取代和在薄膜封装柔性OLED上的金属结构已经通过使用旋涂法加以实现10。目前，聚（3,4-乙叉二氧噻吩）掺杂聚（4-苯乙烯磺酸）的（PEDOT:PSS）被用来作为OLED的透明电极。而且，与印刷的银纳米颗粒一起，OLED设备已经被成功制备出来11。 在本文中，将阐述如何将喷墨技术用于柔性OLED的制造。使用喷墨技术面临的主要挑战是如何在柔性基材上沉积高均一的活性材料层。作为一个基准，设备性能将与旋涂法的参考设备进行对比。 而且，本文还将对于沉积电子活性层的几个加工要求进行研究。其中包括基材的预处理以修正表面能，和最优的墨水配方，以便生产出稳定浓度的喷墨墨水。润湿行为和流变行为则由有效沉积加工的边界条件加以确定。而且，我们将证明在铝箔上、带有湿气阻隔层的OLED设备具有均一的发光输出。 由于具备充足的再生性和可靠性，这种加工技术不仅仅可以用于OLED发光材料的制造，也可以用于薄膜封装箔基的OPV的系统湿气阻隔分析。 实验部分 实验设备 OLED 被制作在一个来自杜邦Teijinn Films 的、150*150毫米的Teonex? PEN 箔上，其上面涂有氮化硅系的阻湿层。这一透明的阻隔层的制备是通过低温等离子体沉积多孔水解氮化硅膜，再与一个平坦层进行复合，以便弥补空间缺陷。为了进一步限制水和氧气的进入，同样的阻隔层也可以用作封装层，放在所生产的OLED 的顶部，其结构示意图如图1所示。 图 1 在铝箔上的、底部发光（不含ITO）的OLED的结构示意图 我们的玻璃基材（不含ITO）的OLED典型设备包括一个透明的阳极，一个空穴注入层（PEDOT:PSS）,一个发白光的聚合物（LEP, Merck LiviluxTM ）, 和作为阴极的钡（5纳米）/铝(100 纳米)。其中的高导电层PEDOT:PSS（阿克发OrgaconTM ILHC5 IJ），可以同时作为透明的阳极和空穴注入层使用。 OPV设备的结构与OLED 非常相似，然而，取代其中的发光聚合物，代以一种P3HT/PCBM 受体混合层，其被沉积在PEDOT:PSS的顶部，表面涂有LiF/Al，可以作为反射阴极。 在活性区域周围或内部的金属母线/线能够通过印刷金属进行沉积。在活性区域的金属结构或者是蜂窝型或者是由一条或多条均匀分布的线组成。干燥层的厚度一般是：高导电的PEDOT:PSS 层为100纳米，P3HT/PCBM 混合层的厚度为200纳米。 设备 沉积的进行是使用一个压电驱动的Spectra Galaxy PH256/50 AAA 喷墨打印机头。喷嘴的间距为254微米，而墨滴的体积（Vdrop）和喷射频率（fdrop）分别保持在50pl 和1KHz 。相邻的打印线的形状能够通过按照基材移动的方向调整打印机头的方位角进行改