一种器件电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术揭示了一种器件电极及其制备方法与应用。所述器件电极的制备方法，包括：提供电极及功能器件的主体，至少在所述电极的第一面分布有多个能够容纳黏合材料的储存空间，所述电极的第一面用以与功能器件主体表面的选定区域结合；在所述电极的第一面和/或所述功能器件主体表面的选定区域上涂布厚度在100nm以下的黏合材料，在温度低于60℃的条件下所述黏合材料的黏度≤50000cP，且电导率小于10

【技术实现步骤摘要】
一种器件电极及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于器件电极制备
，具体涉及一种器件电极及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]对于有机发光器件(OELD)、有机太阳能电池(OPV)、钙钛矿太阳能电池(PVSK)等薄膜电子器件而言，顶部电极是其关键部件之一，在溶液法制备方面也具有比较独特的地位。具体来说，由于器件的功能层厚度通常为纳米级，直接在上面进行印刷、涂布等溶液法制备项部电极的过程也会给这些功能层造成负面影响，包括物理层面和化学反应层面的。因此，“直接贴合”电极作为一个重要的备用选项受到广泛关注。
[0003]然而，这种“直接贴合”电极的方法虽然看起来很简单，但在实际操作的层面会受到诸多方面的限制。其中最根本的原因在于，能够提供分子间粘附力的材料基本上都是绝缘的。对于常规的铜箔胶带等产品而言，通常是在粘附胶中添加微米级别的导电金属颗粒，从而为黏附层提供必要的导电性。但对于只有纳米级厚度的新型薄膜电子器件来而言，如果采用这种导电胶带进行“直接贴合”电极的操作，即使其中的微米级别刚性导电颗粒大部分埋藏在黏合层中，也很容易在贴合时因黏合层的形变而暴露出来，进而直接破坏器件功能层，从而导致器件失效。因此，这种用这种导电胶带进行“直接贴合”电极的操作是不可行的。
[0004]如果要避免上述风险，就需要确保用于贴合的电极表面平整度极高，且涂敷上纳米级厚度的黏合层。与常规的导电应用截然不同的是，“接触势垒”对于所有涉及半导体材料的电极而言都是至关重要的。根据势垒高低的不同，衍生出了“欧姆接触”、“肖特基接触”以及”隧穿注入”等专业概念。具体到有机发光器件(OELD)、量子点发光器件(QLED)、有机太阳能电池(OPV)、钙钛矿太阳能电池(PVSK)等薄膜电子器件，由于其特有的纳米级厚度、不耐热、溶液法制备等特殊情况，调控势垒的方法相对有限，无法照搬半导体工艺、硅基太阳能电池制造等领域的经验。因此，这类器件在长期的科研探索中逐渐形成了一系列成体系的方法，其中最主流的思路是在电极材料本身的功函数不理想时通过“界面修饰”的方法来获得比较理想的接触势垒。而“直接贴合”(也可被定义为“层压法”或者“转移印刷”等)电极的操作，也必须严格遵守“界面修饰”的原则，才能保证电极能够正常工作。
[0005]在上述背景下，目前已经报道的贴合法制备电极主要都是与PEDOT：PSS有关的配方。例如很多报道都是在PEDOT：PSS中通过添加山梨糖醇(D
‑
Sorbitol)构建复合材料体系，即利用后者在88～102℃范围内的熔点实现电极的加热黏附效果。而这种复合材料“黏合剂”的导电良好，同时兼具界面修饰功能，并控制其厚度在1微米以内。值得注意的是，这类同时兼具有导电和界面修饰功能的材料是极为罕见的，在PEDOT：PSS体系之外基本上没有其它选项。
[0006]此外，理论上还可以使用一部分本身是绝缘材料的“黏合剂”，其依据在于这类材料在非常薄的情况下也可以发挥界面修饰的作用，但其厚度通常必须精确控制到10纳米以
内。例如，有研究表明当聚乙烯亚胺(polyethyleminine，PEI)精确控制在5
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6nm范围内时，其可以作为性能优异的电极修饰材料。但是如果其总厚度超过8nm，就会导致器件性能急剧下降。然而，在现有的生产条件下，作为黏合剂使用的薄膜涂布厚度几乎不可能被精确控制在这个误差范围内，工艺窗口非常狭窄。退一步假设，即使能够精确涂布出5
‑
6nm的高品质“黏合剂”薄膜，这个厚度的薄膜也很难用于粘合电极与器件主体。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的在于提供一种器件电极及其制备方法与应用，以克服现有技术中存在的不足。
[0008]为实现前述专利技术目的，本专利技术实施例采用的技术方案包括：
[0009]本专利技术实施例提供了一种器件电极的制备方法，包括：
[0010]提供电极及功能器件的主体，至少在所述电极的第一面分布有多个能够容纳黏合材料的储存空间，所述电极的第一面用以与功能器件主体表面的选定区域结合；
[0011]在所述电极的第一面和/或所述功能器件主体表面的选定区域上涂布厚度在100nm以下的黏合材料，在温度低于60℃的条件下所述黏合材料的黏度≤50000cP，且电导率小于10
‑3S/cm；
[0012]使所述电极第一面与功能器件主体表面的选定区域接触，再将所述电极与功能器件主体层压贴合。
[0013]进一步地，在将所述电极与功能器件主体层压贴合后，分布在所述电极第一面与功能器件主体表面之间的黏合材料的有效厚度在10nm以下，优选为5
‑
6nm。
[0014]此外，黏合材料的“有效厚度”特指这类绝缘材料在电极与其它层之间的一种厚度状态描述，不应该简单粗暴地理解为平均厚度等传统概念。具体来说，这类黏合材料中只有恰好位于电极与器件主体之间某处的厚度才可以对器件性能发挥最关键性的作用。然而，以基于纳米线的空心电极微观结构实质上是非常复杂的，其局部的界面示意图(如图2所示，图中椭圆形表示纳米线并非垂直于截面，而是以每个角度倾斜)。在这种情况下，以电极任何一处的距离或者某一部分距离的平均值作为粘合材料厚度都是草率的。最能准确反映本专利技术意图的“有效厚度”，应该是通过器件性能衡量后得到的一个推断值。在试验中，我们确认这类器件的性能确实随着层压参数的调控具有最优值，且可多次重复。在排除了其他方面的影响因素后，我们认为唯一合理的解释只能是粘合材料的“有效厚度”达到了一个理想范围。换句话说，我们确信这个“有效厚度”客观存在且可以通过工艺进行有效调节，但这个“有效厚度”与电极表面形貌的分布密切相关，不应该被简单理解为可直接测量的某个厚度，也很难逐一测量各点厚度以后进行统计学计算。
[0015]进一步地，所述电极的第二面设置有衬底，所述第二面与第一面相背对设置。
[0016]进一步地，所述的制备方法，还包括：在将所述电极与功能器件主体层压贴合后，移除或保留所述衬底；优选保留所述衬底。
[0017]进一步地，多个所述储存空间在所述电极第一面密集且均匀的分布；优选的，任意两个所述相邻储存空间之间的距离小于200μm。
[0018]更进一步地，多个所述存储空间的体积之和占所述电极总体积的40％以上。
[0019]进一步地，所述的制备方法，还包括：先去除涂布在所述电极第一面和/或所述功
能器件主体表面的选定区域的黏合材料中5％～99.999％的挥发性成分，之后将所述电极与功能器件主体层压贴合。
[0020]进一步地，所述的制备方法，包括：
[0021]在衬底的选定区域加工出通孔，所述通孔沿厚度方向贯穿所述衬底；
[0022]在所述衬底相背于电极的一面施加导电浆料，并使部分的导电浆料进入所述通孔且到达设定位置，所述选定位置位于所述通孔的两端之间；
[0023]所述电极与所述通孔内的导电浆料结合，从而在所述衬底内形成导电通道。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种器件电极的制备方法，其特征在于，包括：提供电极及功能器件的主体，至少在所述电极的第一面分布有多个能够容纳黏合材料的储存空间，所述电极的第一面用以与功能器件主体表面的选定区域结合；在所述电极的第一面和/或所述功能器件主体表面的选定区域上涂布厚度在100nm以下的黏合材料，在温度低于60℃的条件下所述黏合材料的黏度≤50000cP，且电导率小于10
‑3S/cm；使所述电极第一面与功能器件主体表面的选定区域接触，再将所述电极与功能器件主体层压贴合。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在将所述电极与功能器件主体层压贴合后，分布在所述电极第一面与功能器件主体表面之间的黏合材料的有效厚度在10nm以下，优选为5
‑
6nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述电极的第二面设置有衬底，所述第二面与第一面相背对设置。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于还包括：在将所述电极与功能器件主体层压贴合后，移除或保留所述衬底；优选保留所述衬底。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：多个所述储存空间在所述电极第一面密集且均匀的分布；优选的，任意两个所述相邻储存空间之间的距离小于200μm；和/或，多个所述存储空间的体积之和占所述电极总体积的40％以上。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述电极具有稀疏多孔结构，所述储存空间包括分布在所述电极第一面的孔洞。7.根据权利要求1、5或6所述的制备方法，其特征在于：所述电极包括由一维导电材料形成的空心网络结构，所述一维导电材料包括金属纳米线或碳纳米管。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述黏合材料还具有对电极进行界面...

【专利技术属性】
技术研发人员：林剑，张浩，王敬，龚超，马昌期，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：