韓國(guó)的一所研究生院——韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院(KAIST，KoreaAdvancedInstituteofScienceandTechnology)開(kāi)發(fā)出了以石墨烯代替ITO作為透明導(dǎo)電膜的綠色發(fā)光有機(jī)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》(NatureCommunications)上。該元件設(shè)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(dá)40.8%，肉眼感覺(jué)到的發(fā)光效率高達(dá)160.3lm/W。雖然業(yè)界以前也曾出現(xiàn)過(guò)將石墨烯用作透明電極的有機(jī)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(jī)EL元件群

左側(cè)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(jī)EL元件的層狀結(jié)構(gòu)(左)以及元件內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度與其他層狀結(jié)構(gòu)的對(duì)比結(jié)果(右)

右圖最下面為此次的層狀結(jié)構(gòu)。虛線表示元件內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度(KAIST)

據(jù)KAIST介紹，發(fā)光效率等很高的原因是為有機(jī)EL元件設(shè)置了共振器結(jié)構(gòu)。由此，提高了特定波長(zhǎng)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(jī)EL元件由玻璃、氧化鈦(TiO2)層、4層石墨烯、由導(dǎo)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(gòu)成。

據(jù)介紹，在這些結(jié)構(gòu)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?yuàn)A住4層石墨烯的設(shè)計(jì)，以及各層的厚度及折射率。TiO2層的折射率高達(dá)2.5。而且，按照發(fā)光為λ、光學(xué)距離為λ/4的比例設(shè)計(jì)了層的厚度。此次發(fā)光波長(zhǎng)為綠色(550nm)，因此層厚為55nm。

HIL1由“GraHIL”材料構(gòu)成，該材料在經(jīng)常用作導(dǎo)電性聚合物的PEDOT：PSS中混合了名為PFI(tetra-fluoroethylene-perfluoro-3,6-dioxa-4-methyl-7-octenesulphonicacidcopolymer)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(shè)計(jì)了HIL1的厚度。順便一提，HIL2由PEDOT：PSS構(gòu)成，折射率為1.56。

據(jù)論文介紹，此次采用這種設(shè)計(jì)出于以下三大目的。(1)TiO2層、石墨烯、HIL1的合計(jì)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(jī)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(jī)EL元件的鋁電極到HIL2的層狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)幾乎相同的有機(jī)EL元件，并評(píng)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(jī)EL元件相比，這些數(shù)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(cè)試1000次之后，并未發(fā)現(xiàn)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。