[發明專利]一種使用等離子體交聯技術制備多層有機電子器件的方法

在審

• 申請號: 201510220143.8
• 申請日: 2015-05-04
• 公開（公告）號: CN104882544A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 何孔多;區瓊榮;梁榮慶
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/56
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于有機電子器件制備技術領域，具體涉及使用等離子體交聯技術制備多層有機電子器件的方法。

背景技術

近些年來，有機電子器件獲得飛速發展，新材料、新工藝、新器件層出不窮，科學研究和工業應用也都齊頭并進。有機電子器件主要包括有機光伏電池、有機電致發光二極管、有機場效應晶體管等。有機電子器件一般具有多層結構，尤其是有機光伏電池和有機電致發光二極管。以有機電致發光器件為例，除了電極之外，一個完整而高效的器件包括空穴注入層、空穴傳輸層、發光層、電子傳輸層、電子注入層。目前多層結構的實現一般通過熱蒸發的方法實現，該方法易于控制膜厚，但是成本高，耗材量大，需要高真空的環境等缺點。由于有機材料可以制成溶液，允許在低溫下和在柔性的基底上進行溶液涂布，因此有機電子器件的生產制備就易于實現連續化的大規模生產，包括可通過絲網印刷、噴墨沉積以及印章化等方式來進行器件制備。

溶液法制備多層有機電子器件面臨了一個問題，即有機功能材料一般在成膜之后仍然能夠溶解于常用有機溶劑，導致制備下一層有機薄膜時會使上一層薄膜被溶液部分溶解或完全溶解，這樣就不能實現多層器件的制備。目前解決這一層與層之間溶液混合互溶（intermixing）的問題，研究者提出了幾個方案，包括正交溶劑法（Orthogonal?solvent?method），交聯法（cross-linking）、刮刀涂布法（blade?coating）等。其中交聯法指薄膜表面或整體在熱或光的作用下線型或支型高分子鏈間以共價鍵連接成網狀或體型高分子的過程。當薄膜發生交聯之后，薄膜將不再溶解于常見溶劑，從而實現多層薄膜結構的實現。目前，設計一種有機物，作為空穴傳輸層，發生交聯，然后溶液法制備發光層的研究非常普遍，而關于交聯的電子傳輸層的研究較少，而發光層的交聯應用乎沒有見諸報道。

等離子體也稱為物質的第四態，是一種電離的氣體，通常由正離子、負離子、電子以及電中性粒子組成。等離子體的應用非常廣，包括等離子體表面改性、等離子體聚合以及等離子體引發聚合等。其中等離子體表面改性指的是采用等離子體處理材料表面，使其表面基團以及其他性質發生改變的改性方式。等離子體聚合則是利用放電技術使有機氣態單體發生電離、形成自由基等活性粒子，從而引發活性粒子或單體之間的聚合。我們提出等離子交聯的技術，涉及到等離子體表面改性，也涉及到等離子體聚合或接枝聚合，既是引發活性氣態單體之間的聚合，也是對薄膜表面進行接枝改性，形成交聯網絡。

目前溶液法制備多層功能薄膜所利用的交聯技術基本都是利用熱交聯和光交聯的方法，而且都要先合成含有交聯性基團的功能材料，如含有苯乙烯基團、環氧烷烴基團、硅烷基團的空穴傳輸材料。這些方法成本較高，工藝復雜，而且不具有普適性。實現全溶液法制備有機光電子器件還需要一種新穎的普適性方法。

發明內容

本發明目的在于克服上述交聯技術的不足，提供一種使用等離子體交聯技術制備多層有機電子器件的方法。

本發明提出的使用等離子體交聯技術制備多層有機電子器件的方法，具體步驟為：

（1）用有機溶劑配置一定濃度的有機功能材料的溶液，在襯底或電極表面利用溶液法制備第一層有機功能薄膜，薄膜厚度根據器件要求而定，然后真空干燥；

（2）將步驟1）獲得的第一層有機功能薄膜進行等離子體交聯技術處理，即放置在等離子體環境中，進行反應，等離子體功率為10-500W，處理時間為5-1000S；最優等離子體功率和處理時間取決于有機薄膜類型和氣體種類，更取決于處理薄膜面積，此功率范圍和處理時間主要針對面積在10平方厘米以下的薄膜完全適用，對于更大面積薄膜處理，由于需要產生大面積等離子體，等離子體功率相應也會大幅升高，功率增幅與處理面積增幅是線性關系。本步驟中，薄膜在等離子體氛圍中，等離子體產生的活性基團，特別是交聯性基團，在薄膜表面發生化學反應或使薄膜表面發生化學反應，反應基本沒破壞薄膜的整體性質，并使得表面發生交聯，不易被溶劑溶解；

（3）將步驟2）處理后的薄膜取出，并在第一層薄膜上面利用溶液法制備第二層有機功能薄膜，薄膜厚度根據器件要求而定，然后真空干燥；

（4）根據器件類型和要求，重復步驟（2）和（3），制備多層有機功能薄膜；

（5）最后，在上述制備的多層功能薄膜上蒸鍍薄膜或制備電極，獲得完整的多層結構有機電子器件。

本發明中，所述有機電子器件包括有機電致發光器件（OLED）、有機光伏電池（OPV）、有機場效應晶體管（OFET）、有機半導體激光器或有機光電探測器等。