CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.2. Ứng dụng điện cực trong suốt trong lĩnh vực quang điện tử
Trong những năm gần đây, thiết bị quang điện tử dẻo và có thể uốn cong như màn hình ti vi, điện thoại đang thu hút được sự quan tâm lớn của các nhà công nghệ và người tiêu dùng. Tính linh hoạt hay có thể kéo giãn được của những thiết bị này được tạo ra bằng việc sử dụng điện cực làm bằng những polyme mềm dẻo như polyetylen terephtalat (PET), polyethylen naphthalat (PEN)… Các polyme này có tính chất là tính đàn hồi tốt do đó điện cực chế tạo trên nền những polyme như vậy có độ bền cơ học cao sau những tác động uốn cong và thậm chí là kéo dãn. Trong nghiên cứu này, điện cực dựa trên tổ hợp AgNW/GO được chế tạo trên nền đế PET bởi các đặc tính độc đáo như độ trong suốt cao, tính linh hoạt tốt và độ ổn định nhiệt của loại polyme này.
Để chế tạo điện cực dẻo, sợi nano bạc đang là một ứng cử viên đầy hứa hẹn để thay thế điện cực ITO nhờ các đặc tính như: khả năng dẫn điện tốt, độ truyền qua vượt trội, tính linh hoạt cao và có thể chịu được kéo dãn. Tuy nhiên, nhược điểm của điện cực sợi nano bạc là độ bền hoá học kém, bề mặt gồ ghề với những khoảng trống giữa các sợi nano. Khi hoạt động trong các linh kiện quang điện tử, những khoảng trống này sẽ tạo ra sự thất thốt và phân dịng, dẫn tới tăng điện trở. Bên cạnh đó, quá trình oxi hóa sợi nano bạc từ các tác nhân mơi trường như oxi, độ ẩm, tia UV… cũng làm điện trở tăng lên nhanh chóng ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của linh kiện [51]. Để khắc phục nhược điểm này, nhiều nghiên cứu đã kết hợp sợi nano bạc với các loại vật liệu khác, có thể kể đến như graphen oxit. Sự xuất hiện của graphen oxit giúp điền đầy khoảng trống giữa các sợi nano bạc và giúp sợi nano bạc phân tán tốt hơn trên đế. Bên cạnh khả năng giúp ổn định cấu trúc mạng lưới sợi bạc, graphen oxit cịn có khả năng bảo vệ bề mặt điện cực khỏi những tác động từ môi trường. Điện cực sử dụng vật liệu tổ hợp bền hơn là do lớp AgNWs được lớp GO bao bọc, giúp lớp sợi nano bạc tránh được những tác động trực tiếp từ môi trường như hơi nước, oxi… Đã có rất nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng
14 điện cực dựa trên AgNW/GO khơng chỉ có độ bền tốt mà điện trở của điện cực cũng được cải thiện đáng kể.
Với xu hướng phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, pin mặt trời hữu cơ OPV đang được coi là một trong những loại pin có nhiều tiềm năng thay thế pin nền silic nhờ vào giá thành thấp với quy trình gia công đơn giản. Trong một nghiên cứu về sử dụng điện cực AgNW làm lớp hoạt động trong pin mặt trời hữu cơ, kết quả cho thấy hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin lên đến 5,27% trên đế kính và đạt 3,76% trên đế PET. Nhưng có một vấn đề đối với điện cực AgNWs đó là độ gồ ghề bề mặt của điện cực, độ gồ ghề bề mặt cao khiến cho những linh kiện dễ bị đoản mạch, đồng thời mạng lưới sợi bạc dễ bị phá hủy do những tác động từ môi trường làm giảm tuổi thọ của linh kiện. Gần đây điện cực dẻo AgNW/GO trên đế PET đã thể hiện những kết quả tích cực khi ứng dụng chế tạo pin mặt trời dẻo. Pin mặt trời hữu cơ sử dụng điện cực AgNW/GO có hiệu suất chuyển đổi năng lượng lên đến 6,47%, cao hơn so với pin sử dụng điện cực AgNWs [52]. Dưới đây là cấu trúc linh kiện OPV sử dụng điện cực dựa trên tổ hợp AgNW/GO (Hình 1.8).
Hình 1.8. Cấu trúc linh kiện OPV sử dụng điện cực trong suốt
Điện cực dương của linh kiện là điện cực dẻo dựa trên tổ hợp AgNW/GO. Lớp bán dẫn được spin-coating lên trên lớp PEDOT:PSS. Cuối cùng, lớp LiF dày 1 nm và lớp nhôm dày 100 nm được bốc bay tạo điện cực âm.
Với những thuộc tính quang điện tốt cùng khả năng ổn định mạng lưới sợi bạc khi phải chịu các tác động từ bên ngoài, điện cực sử dụng vật liệu tổ hợp AgNW/GO cũng đang được nghiên cứu chế tạo OLED. Hình 1.9 thể hiện hình ảnh OLED hoạt động bình thường khi chịu tác động uốn cong hay kéo dãn.
Lớp bán dẫn hữu cơ Điện cực âm (Al, Ag, Au)
Điện cực dương trong suốt
Ag NWs/GO
15
Hình 1.9. OLED hoạt động bình thường khi bị uốn cong hay kéo dãn
Cơng nghệ màn hình cảm ứng đã trở nên rất phổ biến trong nhiều sản phẩm điện tử. Nó được sử dụng rộng rãi cho điện thoại thơng minh, máy tính bảng, máy chơi game, thông tin điện tử và các công nghệ khác. Với những yêu cầu về chất lượng ngày càng cao về độ nét, màu sắc… thì độ bền của màn hình cũng là một vấn đề cần được nâng cấp. Điện cực dẻo được chế tạo dựa trên tổ hợp AgNW/GO với tính dẫn điện và độ truyền qua cao, độ linh hoạt tốt cho thấy tiềm năng ứng dụng trong linh kiện quang điện tử.
Mặc dù tính chất quang, điện của điện cực dựa trên tổ hợp AgNW/GO đã tương đương với điện cực ITO thương mại, tuy nhiên điện cực này vẫn còn nhược điểm là độ gồ ghề bề mặt lớn. Độ gồ ghề bề mặt lớn có thể làm suy giảm đáng kể đặc tính của linh kiện quang điện tử. Trong nghiên cứu này, độ gồ ghề bề mặt của điện cực AgNW/GO được cải thiện bằng cách bổ sung thêm lớp PEDOT:PSS. Tuy nhiên, tính axit của PEDOT:PSS lại khiến sợi bạc bị ăn mịn. Do vậy, để chế tạo điện cực có chất lượng tốt có thể ứng dụng trong lĩnh vực quang điện tử, việc tối ưu hóa cấu trúc của điện cực dựa trên các vật liệu AgNWs, GO và PEDOT:PSS là rất cần thiết.