产学研深度融合，创新印刷电子未来｜绿展科技团队阶段性科研成果介绍

 

绿展科技、中科院苏州纳米所、广东中科半导体微纳制造研究院共同成立了“纳展微电子精密印刷制造联合实验室”。

联合实验室负责人马昌期博士及林剑博士一直致力于研究可印刷有机及杂化半导体材料、高效柔性纳米器件技术等新兴科研领域，攻坚技术难题并推动产学研深度融合。

马昌期博士团队现有在所成员 37 人，其中包括研究员 1 人，项目研究员 1 人，副研究员 2 人，助理研究员 2 人，博士后 5 人，研究生 26 人。

近年来团队取得的一系列成果（部分）

 

有机半导体材料分子设计与合成

课题组开发了基于芳酰亚胺衍生物的新型非富勒烯衍生物半导体材料（Chem. Commun. 2016, 52, 1649-1652; Dyes and Pigments 2017, 136, 35-346; Dyes and Pigments 2017, 139, 498-508）并通过分子维度的调控，调节分子间相互作用来提高材料在器件上的性能表现（Polym. Chem. 2017, 8, 1460-1476，图1）。此外，这类分子在高效分离碳纳米管方面也表现出很高的效率（Adv. Funct. Mater. 2017, 27, 1703938）。

三维结构有机分子设计思路，基于苝酰亚胺类非富勒烯受体分子

印刷电子墨水开发

印刷电子油墨要求绿色环保、长效稳定、电池性能对功能薄膜的厚度敏感性低。团队致力于纳米金属氧化物材料的配位化学研究，通过硅烷偶联剂修饰金属氧化物纳米颗粒，可以有效钝化低温极性溶剂中合成的金属氧化物表面多种缺陷，降低纳米材料作为界面层时的传输电阻；同时有效提升纳米墨水的长时间稳定性（ACS Nano 2018, 12, 5518-5529）。在硅烷偶联剂修饰的基础上，进一步通过化学接枝修饰，有效调控纳米材料从亲水转变为疏水，与富勒烯类材料具有优异的兼容，可形成复合墨水，提升钙钛矿有机太阳能电池的稳定性（Sol. RRL 2020, 4, 2000289）。进一步针对印刷薄膜低表面粗糙度的需求，利用聚合物与化学接枝修饰的金属氧化物复合，有效抑制纳米材料成膜过程中的自聚集，改善成膜质量，增加薄膜的工作厚度，降低印刷难度（ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 7170-7179; Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 2015, 141, 248-259）。用于凹版印刷、微凹版印刷、涂布等工艺中，都取得了良好的应用（Sol. Energy 2019, 193, 102-110;Org. Electron. 2017, 45, 190-197）。

 

大面积透明导电薄膜印刷技术

对于柔性太阳能电池而言，高导电性以及高透光率的透明导电电极是重要材料基础。研究团队发展了凹版印刷法制备银线电极大面积电极技术，实现了透明导电电极的低成本、图案化制备，电极具备大面积均匀性好、光电性能优异（与刚性ITO相当）、表面粗糙度低等优点（Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2007276，）。

凹版印刷银纳米线透明导电电极的示意图以及器件结果

印刷顶电极技术

全印刷电池中，由于多层薄膜印刷过程中存在着不可避免的溶剂渗透问题，所以印刷顶电极是最难的技术。研究团队开发了在功能层上直接印刷 AgNW 的喷墨打印技术（Appl. Phys. Lett. 2015, 106, 093302），通过油墨成分和制备工艺的调控实现了差异显著的器件性能，最终在器件半透明的前提下获得了 2.71%的 PCE，接近采用真空沉积铝电极（不透明）的器件效率水平（3.15%）。

 

为了进一步降低印刷顶电极的设备成本，研究团队进一步发展了喷涂银纳米线顶电极技术，在喷涂 AgNW 电极的基础上，通过构建 AgNWs-ZnO复合材料，进一步降低了印刷顶电极与功能层之间的接触电阻。为了进一步降低全印刷过程中溶剂的影响，研究团队发展了干法转印电极的工作，在加工过程中有效免除了溶剂带来的负面效应(Org. Electron. 2022, 100, 106352 )。

(a) 喷涂银纳米线作为钙钛矿太阳能电池的顶电极结构示意图，(b)印刷过程中银线电极的腐蚀现象，(c)基于印刷银纳米线顶电极的钙钛矿太阳能电池J-V曲线和(d)EQE曲线

以上是绿展科技首席科学家马昌期博士、林剑博士及其团队近年来具有代表性的部分研究成果，团队具备完善的材料合成制备、印刷工艺研究、器件集成封装、性能分析测试等实验条件，欢迎加入！

 

未来，我们将继续与中科院苏州纳米所联合开展更多新兴领域的产学研项目，持续发挥纳展微电子精密印刷制造联合实验室在科研领域的引领创新功能，将研究成果从实验室带到工厂，让智造更简单，共塑创新未来。