Thiết bị quang điện tử dẻo và có thể uốn cong như màn hình tivi, điện thoại… là xu hướng công nghệ của nhiều hãng sản xuất. 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…
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 một số nhược điểm như điện cực rất 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 bài toán cần giải.
TS Hà cho biết, đến nay, Việt Nam chưa có nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm chế tạo vật liệu và linh kiện quang điện tử. Do hạn chế về trang thiết bị và nguyên vật liệu, chúng ta cũng thiếu những phòng thí nghiệm có khả năng chế tạo và đo đạc đặc tính linh kiện một cách chuẩn mực.
Nhằm tiếp cận với một công nghệ hiện đại, có tiềm năng ứng dụng to lớn trong tương lai, 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”. Đề tài được thực hiện từ tháng 10/2018 - 10/2021.
Nhóm nghiên cứu đã tổng hợp thành công vật liệu sợi nano bạc và graphen. Sợi nano bạc có chiều dài khoảng 15 μm và đường kính khoảng 35 nm. Graphen oxit sau khi tổng hợp có khả năng phân tán bền vững trong nước ở dạng những màng rất mỏng và có độ trong suốt cao.
Nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công điện cực dẻo trong suốt trên đế plastic, sử dụng sợi nano bạc, graphen và poly (3,4-ethylenedioxythiophene): Polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS). 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, có thể uốn cong, xoắn hay kéo dãn.
Điện cực dẻo trong suốt sau khi chế tạo có thể sử dụng làm điện cực trong màn hình phát quang hữu cơ (OLED) và pin mặt trời hữu cơ (OPV), thay thế cho điện cực ITO. Nhóm nghiên cứu đã chế tạo điện cực sợi nano bạc/graphen oxit bằng phương pháp phủ quay kết hợp với phương pháp quang khắc.
Phương pháp phủ quay (spin coating) thường được sử dụng để chế tạo màng mỏng trên đế phẳng từ dung dịch. Ưu điểm của phương pháp này là độ đồng nhất của màng cao. Độ dày của màng có thể tuỳ chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ và thời gian quay. Ngoài ra giá thành của thiết bị rẻ, thời gian thực hiện nhanh cũng là ưu điểm của phương pháp này.
Quang khắc (photolithography) là kỹ thuật sử dụng trong công nghệ bán dẫn và công nghệ vật liệu nhằm tạo ra các chi tiết của vật liệu và linh kiện với hình dạng và kích thước xác định. Bằng cách sử dụng bức xạ ánh sáng làm biến đổi các chất cảm quang phủ trên bề mặt để tạo ra hình ảnh cần tạo.
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). Nếu thành công, 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 rất lớn tại Việt Nam.
