Stabiele elektroden voor betere geprinte elektronica

Stel je een televisietoestel voor dat zo dik is als een vel papier, en net zo weinig weegt. Het zal ooit mogelijk zijn, dankzij geprinte elektronica. Het proces waarmee fabrikanten letterlijk materialen kunnen printen op dragers om een werkende elektronicaschakeling te maken, is al in gebruik voor organische zonnecellen en voor organische led's (oled's).

Hoewel deze opkomende technologie naar verwachting de komende tien jaar zal groeien met tientallen miljarden dollars, moet nog een aantal zaken worden opgelost. Een daarvan is goedkope productie onder normale omgevingsomstandigheden. Om licht of energie af te geven door het injecteren of verzamelen van elektronen, zijn voor geprinte elektronica geleiders nodig, meestal calcium of lithium. Deze metalen zijn chemisch zeer reactief. Zij oxideren - en stoppen met functioneren - als ze worden blootgesteld aan zuurstof en vocht. Daarom moet elektronica in zonnecellen en TV's worden afgedekt met een stevige, dikke barrière, zoals glas of dure inkapselingslagen.

 

Universele oplossing

Maar na recent onderzoek introduceren wetenschappers van Georgia Tech nu een kennelijk universele techniek om de reactiviteit van de geleiders te verminderen. Ze brengen een heel dunne polymeerlaag (ongeveer 1 ... 10 nanometer dik) aan over het oppervlak van de geleider, om een sterke oppervlaktedipool te creëren. Zo worden de geleiders efficiënte, stabiele en goed geleidende elektroden.

De commercieel beschikbare polymeren kunnen eenvoudig worden verwerkt in verdunde oplossingen met oplosmiddelen als water en methoxyethanol. "Deze polymeren zijn goedkoop, milieuvriendelijk en geschikt voor al bestaande roll-to-roll massaproductietechnieken," zegt Bernard Kippelen, directeur van het Center for Organic Photonics and Electronics (Cope) van Georgia Tech. "Het vervangen van de reactieve materialen door stabiele geleiders, waaronder geleidende polymeren, zorgt voor een complete verandering van de manier waarop elektronica wordt geproduceerd en beschermd. Hiermee is de weg gebaand narar goedkope en flexibele elektronica."

 

Plastic zonnecel

Om de nieuwe methode te illustreren hebben Kippelen en zijn medewerkers de eigenschappen van de polymeren in dunnefilmtransistoren en oled's geëvalueerd. Ook bouwden ze een prototype van de allereerste zonnecel die geheel is vervaardigde van kunststof.

 

"De polymeer-aanpassing reduceert de reactiviteit van een breed scala aan geleiders, waaronder zilver, goud en aluminium", constateert Seth Marder, mede-directeur van Cope en hoogleraar chemie en biochemie. "Het proces is ook effectief bij transparante metaaloxiden en grafeen."