《RSC Advances》：用于光电器件集成的多材料透明导电电极结构的光子烧结后处理（IF=3.956）

背景：

新兴的柔性光电器件需要多材料处理能力，以充分利用对温度敏感的基板和材料。本报告展示了光子烧结如何实现具有非常不同特性的材料的加工。例如，电荷载流子传输/阻挡金属氧化物和透明导电银纳米线电极应该与低能量和高通量处理兼容，以集成到柔性低温基板上。与传统的后处理方法相比，我们展示了一种快速制造路线，可在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上产生高度稳定的混合电极结构。该结构由一个互连的银纳米线网络组成，该网络封装有一层薄的晶体感光二氧化钛(TiO₂)涂层，允许使用独立的光子后处理烧结步骤对两层进行处理。第一步烧结纳米线，而第二步完成顶部金属氧化物层从非晶态到晶体TiO₂的转化。与烤箱处理相比，这种方法提高了制造速度，同时提供了与最先进的光学和电气特性相当的特性。优化后的透明度值达到85%，雾度值在550nm时降至7%，同时保持18.1Ωsq.⁻¹的薄层电阻。然而，这种混合架构提供了更强的抗降解能力，我们通过暴露在恶劣的等离子体条件下证明了这一点。总之，这项研究展示了精心优化的光子固化后处理如何提供更稳定的混合架构，同时使用适合在低温基板上进行大批量制造的多材料处理技术。

文献介绍：

在低温柔性基板上实现高性能器件的低成本制造之前，柔性混合光电集成面临几个基本挑战。这些低成本基板通常具有严格的加工要求，从而导致关键的制造问题。基于激光或光子烧结的后处理烧结等新兴技术为传统的基于烤箱的热敏基板加工提供了有希望的替代方案。通过仔细调整每种材料的加工条件，可以在同一设备上独立处理多个薄膜，而无需热退火，并且速度很快。金属纳米颗粒制成的薄膜需要用少量的高功率密度脉冲进行处理，才能获得高密度导电薄膜。对于陶瓷材料，大量低功率密度脉冲往往能提高致密化和结晶化。虽然这些一般规则似乎不相容，但它们可以结合起来，使用相同的快速处理设备来处理多材料设备。事实上，这种使用最少的工具来处理多种材料的可能性可以证明对柔性设备的快速组装具有巨大优势，因为它可以减少制造步骤的数量并提高其产量。

许多柔性混合光电器件的一个重要组成部分是透明导电电极(TCE)。然而，它们在低温柔性基板上集成起来尤其困难。同样，载流子传输/阻挡金属氧化物层也常常需要与低温基板不兼容的加工步骤。这些在光电子学中广泛使用的常见材料以前都是使用光子烧结后处理进行处理的。然而，将它们结合起来会带来全新的复杂性，使加工技术保持不变。

银纳米线渗透网络具有更高的导电性、更好的基材附着力、高光传输率和柔韧性，是氧化铟锡(ITO)薄膜的理想替代品。金属纳米线的光子烧结可以成功创建半透明的导电渗透网络，因为在纳米线连接处可以发生光诱导等离子体焊接。大多数金属纳米结构在整个可见光谱范围内都表现出表面等离子体共振，与非等离子体纳米颗粒相比，它们具有很强的光吸收能力。这就是光子烧结系统依赖于高功率和宽光谱氙气闪光灯的原因。

同时，新兴的基于溶液的金属氧化物前体为使用高通量工业制造工艺在低温柔性基材上进行集成提供了巨大的潜力。二氧化钛(TiO₂)对各种光电子器件尤其有用，既可作为活性材料，又可作为电子传输层。例如，利用TiO₂和银纳米线之间的协同关系的喷墨打印紫外光电探测器已被证明，突出了这两种材料用于印刷光电子器件开发的潜力。类似地，在存储聚合物上印刷氧化物薄膜晶体管(TFT)也曾被证明。在那里，金属氧化物层通过卷对卷配置中的阴影掩模暴露于紫外线下。正在进行的用于光电装置的大面积光诱导烧结和金属氧化物材料（如二氧化钛）结晶的研究可分为三个主要领域：紫外线诱导、可见光和近红外光诱导以及宽带脉冲光诱导结晶。传统上，大多数金属氧化物在光谱的可见部分是透明的，光子烧结后处理所需的能量比处理金属纳米结构所需的能量更高。

先前的报道描述了结合TiO₂和银纳米线的混合复合架构。这些混合平台已证明可改善线间结电阻、网络的化学稳定性、热弹性以及暴露于比裸纳米线网络支持的更高温度时的整体电极寿命。这主要通过使用原子层沉积技术的保形涂层或用金属氧化物纳米颗粒装饰银纳米线来实现。这些改进的操作条件使得能够在刚性基板上开发薄膜晶体管和柔性忆阻器。然而，目前这些TiO₂层的沉积和处理方法仍然依赖于非晶态金属氧化物薄膜、传统的溶胶-凝胶化学路线、使用刚性基板以及复杂且昂贵且产量低的沉积技术。总体而言，这些方法忽略了使用结晶材料的潜在优势以及集成到流线型卷对卷制造设施中的可能性。

本报告描述了一种简单的制造方法，用于在PET上使用两个独立的光子烧结后处理步骤生产多材料、稳定的混合TCE架构。详细的处理条件说明了如何利用每种材料的响应来调整闪光参数，从而允许每种材料独立于其他材料进行处理。使用感光TiO₂不仅为这些薄膜提供了重要的环境保护和稳定性，同时还进一步改善了它们的电性能。这些混合TCE架构提供了一个平台，可以通过结合简单的制造技术以较低的制造成本集成到下一代光电元件的制造中。

引用：https://doi.org/10.1039/d3ra07103k

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