為了改善電子元件的生產(chǎn)，在研究人員不懈努力下一個印刷電子元件的項目出世了。

利用合成材料制造的印刷微電子元件提供了輕薄、可撓曲的好處，而且能夠以更具成本效益且節(jié)能的方式進(jìn)行生產(chǎn)，廣泛地應(yīng)用在軟性顯示器與觸控螢?zāi)?、發(fā)光薄膜、RFID標(biāo)簽以及太陽能電池。

有機電子可望作為傳統(tǒng)矽晶的替代技術(shù)，造就一個具發(fā)展前景的未來。如今，利用有機發(fā)光二極體(OLED)制造的軟性顯示器和發(fā)光壁紙正迅速發(fā)展中。

慕尼黑工業(yè)大學(xué)(Technische Universitat Munchen;TUM)的物理學(xué)家在一項國際性的合作計劃中證實，超薄聚合物電極可利用印刷的方式制造出來，而且還能成功地改善印刷薄膜的電氣特性。

然而，為了制造出產(chǎn)業(yè)級的元件，半導(dǎo)體或絕緣層(比人的發(fā)絲更輕薄1千倍)必須能以預(yù)先定義的順序印刷在載體薄膜上。“這是一個非常復(fù)雜的過程，必須充份地瞭解其細(xì)節(jié)，才能實現(xiàn)量身打造的客制化應(yīng)用，”慕尼黑工業(yè)大學(xué)機能材料系主任Peter Muller-Buschbaum解釋。

更棘手的挑戰(zhàn)是必須在可撓性導(dǎo)電層之間進(jìn)行接觸。在一般情況下，通常使用以結(jié)晶氧化銦錫制造的電子觸點。然而，這種結(jié)構(gòu)存在許多缺點：氧化物比其上的聚合物層更易碎，因而可能限制電池的可撓性。此外，在制造過程中還會消耗大量的能量。最后，銦是一種數(shù)量非常有限的稀有元素。

就在幾個月前，美國加州羅倫斯柏克萊國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory;LBNL)的研究人員首次成功地在印刷過程中觀察到有機太陽能電池活性層中的聚合物分子交叉鏈接。Muller-Buschbaum的團(tuán)隊與加州的研究人員們開始合作，利用這項技術(shù)，提高了聚合物電子元件的特性。

基于導(dǎo)電聚合物的有機電子市場發(fā)展前景樂觀

研究人員利用在柏克萊國家實驗室同步進(jìn)行研究時所產(chǎn)生的X射線輻射。X射線被引導(dǎo)至新印刷的合成層并逐漸擴(kuò)散。分子在印刷薄膜固化過程中的安排與方向，可以從擴(kuò)散模式的變化來決定。

“由于X射線輻射極其密集，讓我們得以實現(xiàn)一個非常高的時間解析度，”Claudia M. Palumbiny表示。這位遠(yuǎn)從慕尼黑工業(yè)大學(xué)來的物理學(xué)家在加州柏克萊的實驗室中研究有機電子組成中排序并選擇傳送電荷載子的“阻障層”。如今，慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊與美國的研究人員們已經(jīng)聯(lián)手在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)期刊中發(fā)表了這項研究結(jié)果。

“我們在研究工作中發(fā)現(xiàn)，這是有史以來第一次在物理化學(xué)制程條件下的微小變化對于疊層的集結(jié)與特性帶來明顯的影響。”例如，Claudia M. Palumbiny表示，“添加具有高沸點的溶劑提高了合成材料組成的偏析，從而改善了傳導(dǎo)分子的結(jié)晶。分子之間的距離縮小，同時提高了導(dǎo)電率。

可印刷有機電子的印表機

透過這種方式，可以使穩(wěn)定度和電導(dǎo)性提高到讓材料不僅可被部署為一種阻障層的程度，甚至還能作為透明的電接觸。這可用于取代易碎的氧化銦錫層。Palumbiny解釋，“最終，這意味著所有的疊層都可利用相同的制程進(jìn)行生產(chǎn)，從而為制造商帶來極大的好處。”

為了實現(xiàn)這些目標(biāo)，TUM的研究人員希望持續(xù)研究并進(jìn)一步最佳化電極材料，將這些研究結(jié)果與知識提供給業(yè)界。“如今我們已經(jīng)形成了推動材料發(fā)展以及進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)，未來這些都將用于業(yè)界廠商，”Muller-Buschbaum教授表示。

這項研究是由歐洲理工大學(xué)聯(lián)盟《光電介面科學(xué)》(ISPV)的綠色科技(GreenTech Initiative)計劃、TUM的國際科學(xué)與工程研究所(IGSSE)，以及卓越集團(tuán)(Cluster of Excellence)慕尼黑奈米系統(tǒng)計劃(NIM)所贊助支持。并獲得來自巴伐利亞國際博士課程“奈米生物技術(shù)”(IDK-NBT)與奈米科學(xué)中心(CENS)的精英網(wǎng)路(Elite Network)、以及美國能源部(DoE)先進(jìn)能源研究中心贊助“基于聚合物材料的太陽能采集”(PHaSE)計劃的進(jìn)一步支持。此外，該研究的部份工作是在美國能源部基礎(chǔ)能源科學(xué)辦公室支持的先進(jìn)光源計劃中進(jìn)行。