Chế tạo điện cực trong suốt cho linh kiện quang điện tử

Các nhà khoa học Việt chế tạo thành công điện cực trong suốt sử dụng cho các thiết bị quang điện tử có thể uốn cong như màn hình điện thoại, tivi…

Điện cực sợi nano bạc/graphen oxit

TS Hoàng Mai Hà, Phó Viện trưởng Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cho biết, thiết bị quang điện tử dẻo và có thể uốn cong như màn hình ti vi, điện thoại... đang thu hút được sự quan tâm lớn của các nhà công nghệ và người tiêu dùng. Để sản xuất các thiết bị này, việc chế tạo điện cực dẻo trong suốt là một trong những công nghệ chủ chốt. Điện cực trong suốt là thành phần quan trọng trong các thiết bị quang điện tử như pin mặt trời hữu cơ, màn hình phát quang hữu cơ (OLED), cửa sổ thông minh...

Từ tháng 10/2018, Viện Hóa Học đã hợp tác với đối tác ở trường Đại học Korea, Hàn Quốc thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ theo Nghị Định thư Việt Nam-Hàn Quốc "Chế tạo điện cực cấu trúc nano trong suốt dùng trong các linh kiện quang điện tử dẻo".

Sau ba năm, nhóm nghiên cứu đã tổng hợp thành công vật liệu sợi nano bạc, graphen và một số polyme bán dẫn/dẫn điện hữu cơ. Sợi nano bạc có chiều dài khoảng 15 μm và đường kính khoảng 35 nm. Graphen được bóc tách từ graphit thành những lớp rất mỏng có độ trong suốt cao và có khả năng phân tán bền vững trong nước hoặc dung môi hữu cơ. Đây là nguyên liệu để chế tạo điện cực dẻo trong suốt.

Điện cực sau chế tạo có điện trở tấm dưới 20 Ω/sq và độ truyền qua trên 80%, tương đương với điện cực ITO thương mại. Đồng thời điện cực còn có độ bền cao, chịu tác động cơ học tốt, có thể uốn cong, xoắn hay kéo dãn. Điện cực này cũng được sử dụng để chế tạo cảm biến điện hóa xác định các ion kim loại nặng với độ nhạy rất cao.

Đặc biệt, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc sử dụng phương pháp quang khắc để chế tạo được điện cực theo hình dạng thiết kế trước với độ phân giải cao. Đây là điểm mới mang tính sáng tạo của đề tài. Công nghệ này mở ra triển vọng sản xuất điện cực dẻo trong suốt ở quy mô công nghiệp với tiềm năng ứng dụng lớn trong thiết bị quang điện tử, cảm biến, vách kính thông minh...

Phối hợp cùng với nhóm nghiên cứu của Hàn Quốc, đề tài đã chế tạo thành công linh kiện pin mặt trời hữu cơ sử dụng điện cực dẻo đạt hiệu suất quang điện 10-11%, tương đương với hiệu suất linh kiện sử dụng điện cực ITO thương mại. Bên cạnh đó linh kiện có độ bền cơ học cao, có thể hoạt động tốt ngay cả khi bị uốn cong.

Hiện tại, công ty LG Display đã cung cấp đế plastic có đặc tính phù hợp để chế tạo điện cực dẻo cho nhóm nghiên cứu của GS Dong Hoon Choi (chủ nhiệm đề tài phía Hàn Quốc). Kết quả của nhiệm vụ có thể chuyển giao cho các công ty sản xuất linh kiện điện tử như LG Display, Samsung display. Đây là các công ty có quan hệ hợp tác chặt chẽ với nhóm nghiên cứu của GS Dong Hoon Choi (GS Dong Hoon Choi là cố vấn cao cấp của LG display). Đây cũng là các công ty có vốn đầu tư lớn tại Việt Nam.Theo TS Hoàng Mai Hà, lợi thế của linh kiện điện tử hữu cơ là mỏng, nhẹ, giá thành rẻ, dễ chế tạo thiết bị có diện tích lớn. Điện cực dẻo trong suốt đạt chuẩn chất lượng và giá thành rẻ sẽ góp phần phát triển ngành công nghiệp chế tạo linh kiện quang điện tử dẻo trong tương lai.

Linh kiện pin mặt trời hữu cơ (trái) và đường đặc trưng dòng - thế dùng để tính hiệu suất chuyển hóa năng lượng của pin mặt trời J-V (phải).

Hiện oxit thiếc indium (ITO) vẫn là vật liệu phổ biến nhất để chế tạo điện cực trong suốt nhờ các thuộc tính như tính dẫn điện tốt và độ truyền qua cao. Tuy nhiên, việc sử dụng điện cực này có nhược điểm là giòn, dễ bị nứt vỡ. Ngoài ra, điện cực ITO cũng có giá thành cao trong khi nguồn indium đang dần cạn kiệt. Do đó, việc tìm kiếm các vật liệu mới dùng chế tạo điện cực trong suốt có độ ổn định, độ truyền qua cao, độ dẫn điện tốt và giá thành rẻ là một mục tiêu quan trọng đang được các nhà khoa học và công nghệ quan tâm nghiên cứu.

Theo đó kết quả bước đầu của đề tài nghiên cứu được đánh giá là khả quan, "đóng góp vào sự phát triển của hướng nghiên cứu về công nghệ quang điện tử dẻo nói chung và pin mặt trời hữu cơ nói riêng ở trong nước", TS Hà nói.

Theo Vnexpress