透明導電薄膜

透明導電薄膜是一種重要的光電材料，廣泛應用于觸摸屏、液晶顯示、有機發光二極管（OLED）、太陽能電池等光電領域。隨著便攜式和可穿戴電子產品的涌現，柔性化、高導電、高透光以及高穩定等已成為透明導電薄膜的發展趨勢。

我們報告了一種簡單的方法來打破石墨烯FTE的先前限制，并產生與最佳商用ITO電極相媲美的空前性能。

使用量身定制的單層石墨烯FTE，我們進一步展示了高性能柔性綠色有機發光二極管（OLED），其效率優于所有同類柔性OLED，并超過了剛性ITO陽極。這種簡單的策略將推動下一代柔性光電技術的發展，超越占主導地位的剛性平臺。

現有的性能改善方法基于單一的電學或光學調制，雖然分別在提高電導或者透光率方面效果顯著，但常導致顧此失彼，造成大面積柔性石墨烯透明導電薄膜的性能評價指標（電/光導率比）較商用ITO薄膜仍有明顯差距（僅為后者的50%左右），極大制約了石墨烯柔性光電器件的發展。

采用具有光學增透效應的摻雜劑薄膜同步提高石墨烯的電導和透光率。

近日，中國科學院金屬研究所成會明院士和任文才研究員團隊提出了基于光電共調制發展高性能柔性石墨烯透明導電薄膜的新思路：

研究人員在大面積柔性石墨烯表面涂覆低折射率且高透光的有機質子酸HTB的納米涂層，即可對其同時產生強的空穴摻雜（電導提高7倍）和可見光波段的有效增透（透光率98.8%，550nm），從而獲得高達323的電/光導率比，而且在環境條件下長期穩定，顯著優于同類石墨烯柔性薄膜甚至ITO薄膜。

此外，薄膜的功函數明顯提高（5.3 eV），表面粗糙度也因HTB薄膜的平整化作用而降低。由于兼具高電導、高透光、高功函和高平整度，以其作為透明陽極大幅提升了柔性綠光OLED的器件性能，電流效率（111.4 cd A-1）、功率效率（124.9 lm W-1）和外量子效率（29.7%）均為同類器件的最佳性能，并明顯優于其它結果。

『HTB増透摻雜劑同步提升柔性石墨烯薄膜的電導與透光率』

（a）石墨烯表面的HTB分子結構示意圖。

（b）HTB增透摻雜的大面積單層石墨烯/PET柔性薄膜（10 × 10 cm2）照片。

（c）不同濃度HTB溶液摻雜單層石墨烯的拉曼光譜。

（d）不同濃度HTB溶液摻雜單層石墨烯的空穴濃度。

（e）20mM HTB增透摻雜前后單層石墨烯/PET柔性薄膜（10 × 10 cm2）的面電阻。

（f）增透摻雜后薄膜的面電阻分布均勻性。

（g）20mM HTB增透摻雜前后單層石墨烯/PET柔性薄膜的透光率譜線。

（h）20mM HTB增透摻雜前后1-4層石墨烯/PET柔性薄膜的方阻/透光率（l = 550 nm）關系圖。圖中同時給出了ITO薄膜的典型性能作為對比。

（i）HTB增透摻雜的大面積單層石墨烯/PET柔性薄膜與典型石墨烯柔性薄膜及ITO薄膜的性能（電/光導率比）對比。

『摻雜穩定性與功函數調制』

（a）HTB與典型摻雜劑摻雜單層石墨烯在環境條件下放置兩個月前后的空穴濃度對比。

（b）HTB與典型摻雜劑摻雜單層石墨烯的方阻在環境條件下隨放置時間的變化。

（c）HTB與典型摻雜劑摻雜單層石墨烯在環境條件下放置兩個月前后的空穴濃度與方阻變化幅度對比。

（d）不同濃度HTB溶液增透摻雜單層石墨烯在環境條件下放置兩個月前后的透光率對比。

（e）HTB增透摻雜單層石墨烯的功函數與空穴濃度的關系。

（f）不同濃度HTB溶液摻雜后單層石墨烯場效應晶體管的轉移特性曲線。

『HTB同步提升石墨烯電導與透光率的増透摻雜機理』

（a）采用密度泛函計算的TB?基團/石墨烯結構的態密度。

（b）不同濃度HTB溶液增透摻雜單層石墨烯/PET薄膜的光學反射譜線。

（c）HTB薄膜在不同波長下的折射率曲線。

（d）不同溶液濃度制備的HTB薄膜的透光率譜線。

（e）HTB減反增透單層石墨烯/PET薄膜的原理示意圖。

（f）不同濃度HTB溶液對石墨烯增透效果的實測值與計算值的比較。

『石墨烯透明陽極的柔性綠光OLED的器件結構』

（a）OLED的器件結構示意圖

（b）電流效率

（c）功率效率

（d）外量子效率與亮度關系曲線

（e）最大電流/功率效率和

（f）最大外量子效率與典型柔性綠光OLED器件的性能對比。

該方法不僅效果顯著，而且對基底的材料結構和制備工藝均無特殊要求，具有良好的普適性，為發展新一代的高性能柔性透明導電薄膜及其光電器件提供了新的解決方案。

總結

作者發展了一種基于光電共調制原理的增透摻雜策略,打破石墨烯FTE先前限制的簡單途徑，并產生了前所未有的FoM，可與最佳的商用ITO電極相媲美。使用量身定制的單層石墨烯陽極，我們進一步展示了高性能柔性綠色OLED，其最大效率超過了所有同類柔性OLED，并超過了標準剛性ITO陽極。

我們期望通過探索對其他具有多種功能的碳基或二維FTE有效的有機和無機涂層的廣泛選擇，來建立一種通用的策略。最終的FTE將超越主要的剛性平臺，推動下一代柔性光電的發展。