| 韓國的一所研究生院——韓國科學(xué)技術(shù)院(KAIST，Korea Advanced Institute of Science and Technology)開(kāi)發(fā)出了以石墨烯代替ITO作為透明導電膜的綠色發(fā)光有機EL元件。相關(guān)詳情已經(jīng)以論文的形式發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《自然通訊》 (Nature Communications)上。該元件設想主要用于顯示器用途。
該發(fā)光元件的外部量子效率 (EQE)高達40.8%，肉眼感覺(jué)到的發(fā)光效率高達160.3lm/W。雖然業(yè)界以前也曾出現過(guò)將石墨烯用作透明電極的有機EL元件，但此次開(kāi)發(fā)的元件的特點(diǎn)是EQE及發(fā)光效率非常高。
此次試制的以TiO2、石墨烯、HIL1為透明電極的綠色發(fā)光有機EL元件群。左側為在玻璃基板上制作的例子，右邊兩個(gè)是在柔性PET基板上制作的例子。 (圖片來(lái)源于KAIST)
此次的有機EL元件的層狀結構(左)以及元件內的電磁場(chǎng)強度與其他層狀結構的對比結果(右)，右圖最下面為此次的層狀結構。虛線(xiàn)表示元件內的電磁場(chǎng)強度。 (KAIST)
據KAIST介紹，發(fā)光效率等很高的原因是為有機EL元件設置了共振器結構。由此，提高了特定波長(cháng)的選擇效果，同時(shí)還減少了電極上的表面等離子體造成的損耗。
此次開(kāi)發(fā)的有機EL元件由玻璃、氧化鈦(TiO2)層、4層石墨烯、由導電性聚合物組成的空穴注入層1(HIL1)、HIL2、發(fā)光層、電子輸送層(ETL)、鋁(Al)電極等構成。
據介紹，在這些結構層中，起到關(guān)鍵作用的技術(shù)是以TiO2層和HIL1呈三明治形狀夾住4層石墨烯的設計，以及各層的厚度及折射率。TiO2層的折射率高達 2.5。而且，按照發(fā)光為λ、光學(xué)距離為λ/4的比例設計了層的厚度。此次發(fā)光波長(cháng)為綠色(550nm)，因此層厚為55nm。
HIL1 由“GraHIL”材料構成，該材料在經(jīng)常用作導電性聚合物的PEDOT：PSS中混合了名為PFI(tetra-fluoroethylene- perfluoro-3, 6-dioxa-4-methyl-7-octenesulphonic acid copolymer)的聚合物。GraHIL的折射率僅為1.42。此次按照光學(xué)距離為2λ/3的比例設計了HIL1的厚度。順便一提，HIL2由 PEDOT：PSS構成，折射率為1.56。
據論文介紹，此次采用這種設計出于以下三大目的。(1)TiO2層、石墨烯、HIL1的合計光學(xué)厚度為3λ/4，與原來(lái)使用透明電極ITO時(shí)光提取效率最高的情況一致;(2)有機EL元件的發(fā)光層發(fā)出的光在HIL2和HIL1的邊界進(jìn)行反射時(shí)反 射率提高，從有機EL元件的鋁電極到HIL2的層狀結構更容易作為共振器發(fā)揮功能;(3)因HIL1的折射率較低，石墨烯電極上的表面等離子體造成的損耗減少。
以2.3mm的曲率半徑彎曲1000次，性能也不會(huì )劣化。
KAIST在PET基板上(而不是玻璃基板)制作了層狀結構幾乎相同的有機EL元件，并評估了其發(fā)光效率和耐彎曲性。EQE比在玻璃基板上制作時(shí)低了幾個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)光效率也低了約20個(gè)百分點(diǎn)，但與不使用TiO2層等的石墨烯電極有機EL元件相比，這些數值都高出很多。
彎曲耐久性方面，最大以2.3mm的曲率半徑彎曲測試1000次之后，并未發(fā)現性能劣化。KAIST表示，彎曲耐性提高的原因之一是，將彎曲耐性不高的TiO2層的厚度減小到了非常薄的水平，僅為55nm。
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