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近日，东莞理工学院徐进副研究员团队与华南理工大学应磊教授团队合作，在npj Flexible Electronics（Nature子刊）发表了题为“Highly Conductive Polymer Electrodes for Polymer Light-Emitting Diodes”的论文，该论文介绍了一种以柔性高导电聚合物电极替代传统刚性ITO电极制备高效稳定有机发光二极管的方法。
柔性聚合物电极取代刚性金属氧化物电极
目前，大多数OLED器件采用氧化铟锡（ITO）作为透明电极。尽管ITO能够实现柔性化，但由于金属氧化物易碎，难以实现拉伸变形。然而，在下一代可贴合人体皮肤的发光显示器件中，柔软和可拉伸特性是必要的。显然，脆弱的ITO无法满足可拉伸特性的要求，这限制了其在未来柔性可拉伸发光显示器件中的应用。可拉伸电极材料的显著特征在于同时具备高电导率和可拉伸性。传统金属或金属氧化物电极仅具有高电导率特性，难以满足未来发展需求。目前制备柔性可拉伸电极的常见方法是将高导电性材料如银纳米线、碳纳米管和石墨烯等嵌入柔性衬底中，以赋予其可拉伸特性。然而，这种有机-无机或有机-金属复合材料容易出现相容性问题和导电材料结合不稳定等挑战，严重影响了电极的长期使用效果。
高导电聚合物电极具备优异的导电性能，并可通过化学结构设计或物理共混获得可拉伸特性，因此成为解决上述难题的最佳方案。
分子间氢键调控降低溶液黏度与凝固点
聚苯并二呋喃二酮（PBFDO）是一种自掺杂的高导电聚合物。但商业化的PBFDO导电溶液以DMSO为溶剂，溶液粘度大，凝固点较高，旋涂制备的薄膜质量较差，无法直接用于导电电极的制备。
材料的化学结构以及相应的分子间氢键作用
为了解决PBFDO溶液旋涂过程中遇到的问题，我们向PBFDO导电溶液中加入了正丁醇，通过调节分子间的氢键相互作用来降低其粘度和凝固点。一方面，由于氢键本身具有方向性，将正丁醇加入到DMSO中，通过与之形成的分子间氢键，打乱了DMSO分子间的有序结晶排列，有效地降低了溶液的凝固点。正丁醇的引入将导电溶液的凝固点从-1 ℃大幅降至-27 ℃，这显著提高了PBFDO导电溶液的抗冷冻能力。另一方面，正丁醇的引入减少了PBFDO分子间形成氢键的机会，从而降低了溶液的粘度并增强了稳定性。
PBFDO溶液的凝固点、黏度以及其薄膜的耐溶剂性和透光率
通过旋涂法成功制备了具有低表面粗糙度（2.06 nm）、优异透射率（>80%）和高导电性（1200 S cm-1）的PBFDO薄膜。此外，由于其适当的功函数（5.3 eV）、规则的分子堆积和低折射率特性，PBFDO电极有助于有效载流子注入、传输以及光子提取。
PBFDO薄膜形貌、功函数、电导率以及折射率
基于聚合物电极的器件优化
基于PBFDO电极，制备了器件结构为Glass/PBFDO/PEDOT: PSS/SY/CsF/Al的有机发光器件。我们观察到基于不同厚度PBFDO阳极的器件展现出明显的二极管注入特性，并呈现出电流密度随着PBFDO薄膜厚度的增加而增加的现象，ITO参考器件也呈现出相似的现象。所有基于PBFDO阳极器件的启亮电压（Vth）均维持在2.6 V，表明载流子注入非常通畅，这可以归结于PBFDO电极与PEDOT: PSS具有匹配的能级。此外，器件的最大电流效率（LEmax）与电极表面电阻率的关系并不显著，但最大亮度却随着表面电阻率的提升而下降。基于PBFDO电极（25 nm）的优化器件，其LEmax达到了12.8 cd A-1，而相似表面电阻率的ITO参考器件，LEmax为12.7 cd A-1。这说明基于PBFDO阳极的优化器件可以与条件相似的ITO参考器件相媲美。然而，以PBFDO为阳极的器件因较高的表面电阻率而导致较低的最大亮度。此外，在使用聚对苯二甲酸乙二醇树脂（PEN）基板时，柔性器件也实现了令人满意的性能（7.7 cd A−1）。
基于不同厚度PBFDO电极的发光器件主要发光性能
研究团队 | 作者
酥鱼 | 编辑
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