柔性可拉伸光电探测器和发光二极管的材料和器件

传统刚性光电器件在弯曲、折叠和拉伸变形下的机械稳定性较差。纳米材料和有机材料凭借其柔韧的力学性能以及高的光吸收系数或窄带的光发射成为软性光电子学的潜在研究对象。

成果简介

有鉴于此，首尔国立大学Dae-Hyeong Kim等人阐述了用于柔性光电子器件(如可变形的PD和LED)的纳米/微米材料和有机/聚合物材料及其在新型光电子系统中的应用，介绍了制造各种柔性和可伸缩光电子器件的先进器件设计和非常规制造方法，为下一代柔性光电子中光敏材料的光电性能和长期稳定性提供了方向。

要点1. 不同材料制备柔性可拉伸光电探测器效果

图1. 基于纳米级材料的柔性光电探测器

图1(a)使用Ag2Se纳米晶溶液处理薄膜研发了电导率高、陷阱浓度低的近红外柔性光电探测器。基于超薄单晶硅采用后栅结构对可见光响应灵敏度高的柔性光电晶体管，显示了在弯曲成像传感器中的应用潜力。图1(c)利用超薄二硫化钼的集成层、有机层电极并用喷墨印刷制造大面积柔性透明光电晶体管阵列，经弯曲循环仍能保持原有的性能；IGZO吸附了DUV产生的解离氧而形成的表面陷阱位点，表现出优异的电学性能。

图2. 基于有机材料的柔性光电探测器

基于PIPCP在体异质结活性层中作为供体对近红外响应的有机柔性光电探测器(图2(a))。PTCDI-C13H27作为活性层， PMMA作为介电层，其超薄器件可与曲面共形接触。PTCDI- C13H27的空气稳定性和PMMA的低陷阱密度使其具有良好的大面积均匀性和长期稳定性。图2(c)使用新的共轭聚合物系统，BDTT作为供体, PBDTT-ffOx作为受体形成的BHJ体系对从紫外到可见光广谱响应。

图3. 基于混合材料的柔性光电探测器

C60与单壁碳纳米管结合时能有效离解激子，形成ii型异质结，能够提高响应率和光导增益。钙钛矿/还原氧化石墨烯层中引入二硫化钼纳米片所实现的异质结带隙弯曲使二硫化钼中的电子和空穴向石墨烯转移，显著提高了光响应率。量子点的螯合铜钴酸配体降低了表面陷阱位，提高了量子点向晶体管的电荷转移效率(图3(c))。

要点2. 不同材料制备柔性可拉伸发光二极管效果

图4. 基于有机发光材料的柔性可拉伸发光二极管

图4(a)利用可打印弹性导体连接设计了大面积可拉伸AMOLED。获得的可拉伸电极用于连接柔性OLED，从而提高了复合材料的导电性和拉伸性能。在聚(3,4-乙二氧基噻吩)中掺杂后的表面功函数和片电阻分别改变为5.95 eV和30 Ω/□，从而提高了空穴注入效率、电流效率、发光效率、器件稳定性。图4(c)使用柔性MoS2薄膜作为通道层并用Al2O3封装晶体管的可穿戴大面积的全彩AM OLED。

图5. 基于无机/有机材料的柔性和可拉伸LED

图5(a)通过沉积柔性导电和半导体聚合物，制备超薄聚合物发光二极管，以及利用超薄PET衬底上的氟化锂(LiF)和铝(Al)薄金属层得到可拉伸的PLED。由电致发光聚合物层和可拉伸电极组成的可伸缩聚合物基发光器件,根据拉伸方向在聚合物基体中排列的纳米管能够获得高的拉伸能力。由PEDOT:PSS与离子液体EMIM-TCB混合的纳米纤颤导电聚合物作为阳极和阴极电极材料的柔性半透明PLED。交换反离子诱导聚合物链的结构重排形成有序的导电纳米纤维，提高了电导率以及变形能力。

要点3. 展示可穿戴和可植入的PD和LED应用技术

图6. 可穿戴和可植入的PD和LED集成应用

基于可穿戴脉搏血氧计，绿色(532 nm)和红色(626 nm)的OLED和OPD用来测量人的脉搏和动脉血氧。应用五层交替的无机和有机层的钝化层研发由绿色和红色PLED和OPD组成的用于脉搏血氧测定和人体皮肤上实时视觉显示结果的超薄光电装置。

小结

本文简要介绍了制造各种柔性和可伸缩光电子器件的先进器件设计和非常规制造方法。为了开发柔性和可伸缩的单元器件，应提高光敏材料的光电性能和长期稳定性。总而言之，该工作强调了纳米和有机/高分子材料在单元器件中的应用，以及柔性和可拉伸光电子学中的系统级应用。