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【材料】透明电极墨水新突破：同时实现高功函、高导电、高透过率

X-MOL资讯 · 公众号 · · 2024-10-28 08:09

正文

高功函数透明电极是与 n 型和 p 型半导体建立肖特基和欧姆接触的关键。然而，开发兼具高透射率、低薄层电阻和可调功函数的可印刷材料仍然是一项艰巨的挑战。近日， 东北师范大学李鹏 副教授、 马剑钢 教授与法国 斯特拉斯堡大学Paolo Samorì 教授等研究者报告了一种 设计高功函数透明电极的全新策略。由银纳米线（AgNWs）作为导电网络主体，由过渡金属碳化物 Ti ₃ C ₂ T _x 纳米片作为功能化包裹层，形成基于1D-2D异质核壳网络结构的高功函透明电极。 相关论文发表于 Advanced Materials ，第一作者为 鞠仲实 和 陈煜升 博士。

图1. 用 Ti ₃ C ₂ T _x 纳米片涂覆 AgNW 并将其组装成网络而形成的混合物的示意图及其TEM 图像。通过氧和羟基官能团修饰的可调功函数的 Ti ₃ C ₂ T _x 示意图。

通过利用 Ti ₃ C ₂ T _x 表面丰富的位点，其功函数可以在 4.7 至 6.0 eV（超过 1.0 eV）的超宽范围内进行可控调整。同时，该高功函透明电极在深紫外 (DUV) 至可见光 (Vis) 谱区域都具有超高的透射率 (>94%)，同时具有超低方块电阻 (<15 Ω s q ⁻¹ ) 。值得注意的是，该高功函透明电极在曲率半径为 2 mm 的情况下经过 10000 次重复弯曲后，其电导率变化低于 4%。

图2. 高功函透明电极的透过率光谱及柔性导电性测验。

通过调控 Ti ₃ C ₂ T _x 的表面氧官能团含量，能够实现于n型半导体材料之间的肖特基势垒调控。在基于 Ga ₂ O ₃ 的 UV 传感器中，作者实现了 1.57 eV 的超高肖特基势垒高度，超过了基础肖特基-莫特关系的预期值。实验结果和理论计算都表明，偶极子诱导电子亲和力增加可用于增强该自供电光电探测器的内建电场和响应度。在 0 V 偏压下，大规模柔性 10 × 10 光电探测器阵列表现出 18.24 mA/W 的优异响应度。

图3. 肖特基二极管光电探测器器件结构示意图及光电性能测试。

此外，该高功函透明电极还能于P型半导体材料形成欧姆接触。通过调控 Ti ₃ C ₂ T _x 的表面功能化程度，可以实现与P型发光材料 (SpiroG) 之间形成欧姆接触。因此，基于该高功函透明电极所制备的发光晶体管展现了OLET 5020 cd m ^-2 的优异亮度，与传统的Au半透明电极相比，实现了3倍性能的提升。

图4. 有机发光晶体管器件结构示意图及亮度转移曲线。

总结

该文报道了一种低成本、可溶液加工的电极墨水，该1D-2D异质电极同时具有高功函、高导电、高透过率。基于该电极，光电探测器与发光器件的性能都能得到提升。该电极墨水在未来的印刷电路，多功能光电器件具有极大的应用前景。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Dressing AgNWs with MXenes Nanosheets: Transparent Printed Electrodes Combining High-Conductivity and Tunable Work Function for High-Performance Opto-Electronics

【材料】透明电极墨水新突破：同时实现高功函、高导电、高透过率

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