Hướng nghiên cứu chế tạo linh kiện quang điện tử hữu cơ như linh kiện phát quang hữu cơ (OLED) và pin mặt trời hữu cơ (OPV) đã phát triển mạnh trong những năm gần đây. Các màn hình OLED đã bước đầu được sản xuất ở quy mô thương mại. Với xu hướng phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, pin mặt trời hữu cơ OPV cũng được coi là một trong những loại pin có nhiều tiềm năng thay thế pin nền silic nhờ vào giá thành thấp bởi quy trình công nghệ chế tạo OPV được thực hiện trên diện tích rộng, mềm dẻo bằng các quy trình gia công đơn giản như phương pháp phủ quay, tráng màng film. Nhằm thay thế cho điện cực ITO (indium tin oxide) có nhược điểm là giòn về mặt cơ học và nguồn cung indium đang trở nên khan hiếm, các nhà khoa học đang nghiên cứu phát triển các loại điện cực mềm dẻo, rẻ tiền và dễ gia công sử dụng các vật liệu như graphen, carbon nanotube, sợi nano bạc, polyme dẫn… Bước đầu, các nhà khoa học đã chế tạo được các điện cực có độ truyền qua cao và độ dẫn tương đối tốt từ các vật liệu này.

Tuy nhiên, do nhược điểm về độ bền và độ gồ ghề bề mặt, các điện cực này vẫn còn những hạn chế khi được ứng dụng chế tạo linh kiện quang điện tử. Vì thế, nhóm nghiên cứu của TS. Hoàng Mai Hà tại Viện Hóa Học đã thực hiện đề tài: “Chế tạo điện cực cấu trúc nano trong suốt dùng trong các linh kiện quang điện tử dẻo” trong thời gian từ năm 2018 đến năm 2022.

Đề tài hướng đến thực hiện các mục tiêu sau: tổng hợp được các vật liệu có cấu trúc nano ứng dụng chế tạo điện cực trong suốt: sợi nano bạc AgNW, hạt nano bạc AgNPs, vật liệu tổ hợp nano bạc/graphen (GNs), vật liệu tổ hợp polyme dẫn cấu trúc nano; chế tạo được các điện cực trong suốt có khả năng dẫn điện tốt trên đế thủy tinh cứng hoặc trên đế plastic mềm dẻo; và sử dụng các điện cực này để chế tạo được linh kiện pin mặt trời hữu cơ (OPV) dạng thông thường và dạng mềm dẻo

Trong nghiên cứu, các tác giả đã tổng hợp thành công các loại vật liệu có độ dẫn điện và độ truyền qua cao như sợi nano bạc, graphen oxit và PEDOT:PSS. Từ các loại vật liệu này, bằng những phương pháp đơn giản như phủ quay hay ép cơ học, nhóm nghiên cứu cũng đã chế tạo được các điện cực dẻo trong suốt trên đế plastic. Những điện cực này có các thuộc tính về độ dẫn điện và độ truyền qua tương đương với điện cực sử dụng vật liệu ITO thương mại. Hơn nữa, nhờ sử dụng các chất hữu cơ nhạy quang, nhóm đã tạo ra điện cực bằng phương pháp quang khắc. Điện cực sau khi chế tạo có độ phân giải cao với các vùng dẫn và không dẫn điện được phân tách rõ ràng.

Ngoài ra, các tác giả đã hợp tác với nhóm nghiên cứu Hàn Quốc và chế tạo thành công linh kiện OPV dẻo sử dụng điện cực cấu trúc nano với hiệu suất trên 10% và có độ bền uốn tốt. Điện cực cấu trúc nano còn được sử dụng làm điện cực làm việc trong hệ điện hoá để phát hiện ion chì với độ nhạy và độ chính xác cao.

Việc chế tạo thành công điện cực dẻo trong suốt sử dụng công nghệ quang khắc thay thế cho điện cực ITO thương mại có tiềm năng ứng dụng lớn trong nhiều lĩnh vực khoa học, công nghệ và sản xuất. Bên cạnh đó, công nghệ sản xuất linh kiện quang điện tử hữu cơ với những lợi thế như mỏng, nhẹ, giá thành rẻ và dễ chế tạo, sẽ góp phần phát triển và thúc đẩy công nghệ quang điện tử dẻo nói chung và pin mặt trời hữu cơ nói riêng. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho các nghiên cứu về điện cực trong suốt ứng dụng trong lĩnh vực quang điện tử và cảm biến trong tương lai.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 21751/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

N.P.D (NASTIS)