Ekran uygulamaları için bulanıklı azaltıcı metal nanotel saydam elektrotlar

Abstract

Günümüzde kullanılmakta olan İndiyum Kalay Oksit (ITO) saydam elektrotnunun indiyum elementinin doğada az bulunması, malzemelerin ve prosesin pahalı olması, esnek ve dokunmatik ekranlarda ölümcül olabilecek mekanik kırılganlığının olması gibi özellikleri kullanımını sınırlamaktadır. ITO’nun yerine geçebilecek karbon nanotüp, grafen ve metal nanotel elektrotlar gibi gelecek vaat eden saydam iletken malzemeler çalışılmaktadır. Bunlar arasında metal nanoteller, ITO’nun sayılan dezavantajlarını gidermesine ek olarak optik ve elektriksel özelliklerinin en az ITO kadar iyi olmasından dolayı özellikle gelecek vaat etmektedir. Metal nanoteller çözelti sentezi yöntemiyle yüksek verimde üretilebilir ve çözeltiye dağıtılmış nanoteller spin-coating veya sprey yöntemiyle geniş subtratlara kolayca kaplanabilir. Bu devrim niteliğindeki teknoloji özellikle mekanik esneklik isteyen ürünlerde kullanılmak üzere ekran endüstrisine büyük etkisi olacaktır. Önerilen proje kapsamında, hedef geçirgenlik başına nanotel elektrotların iletkenliği iki yöntemle geliştirilmesi amaçlanmaktadır: 1) daha ince ve daha uzun nanoteller sentezleyip kesişim nokta (junction) sayısını azaltmak ve 2) nanoteller üzerindeki oksit tabakasını gidererek ve nanotelleri iletkenliği yüksek altın (veya inert metal) tabakasıyla kaplayarak junction direncini azaltmak. Böylece bu çalışmayla ekran uygulamaları için hedeflenen levha direncine daha az nanotel kullanılarak ulaşılacaktır. Bu durum toplam geçirgenliğin iyileşmesini ve bulanıklık seviyesinin düşmesini sağlayacaktır. Son çalışmalara göre bulanıklık seviyesi 8 ohm/sq levha direnç ve %80 diffusive geçirgenlikte %15 seviyesindedir. Bulanıklık seviyesinin yüksek olması güneş pilleri için bir avantaj iken, yüksek-teknolojik ve askeri uygulamalarda kullanılacak ekranlar için düşük bulanıklık (<5%) seviyesine ihtiyaç vardır. Önerilen projede nanotellerin enboy oranını küçülterek ve junction direncini azaltarak toplam bulanıklığın azaltılmasıyla bu teknolojinin ekranlar için uygun hale gelmesi amaçlanmaktadır.

Currently used Indium Tin Oxide (ITO) transparent electrode has limitations including scarcity of indium, high costs of materials and processing as well as mechanical brittleness that could be fatal to flexible displays and touch screens. Promising candidates being studied for replacing ITO are carbon nanotubes (CNT), graphene, and metal nanowire electrodes. Among them, metal nanowire electrode is especially promising since it is able to overcome the limitations of ITO listed above while providing similar or superior optical and electrical properties compared to those of ITO. Metal nanowires can be fabricated using the solution synthesis methods with high yield, and the solution suspended nanowires can simply be spin-coated or sprayed onto a large scale substrate. This revolutionary technology is expected have a significant impact for the display industry, especially for flexible displays that requires mechanical flexibility. We propose to improve the conductivity of the nanowire electrode per target transmittance by 1) reducing the number of junctions by synthesis of longer and thinner nanowires and 2) minimizing the junction resistance itself by removal of oxide and coating with inert metal passivation that has high conductivity. Therefore, our work will achieve the targeted sheet resistance for display application with less nanowires that will result in improved total transmittance and consequently minimize haze. The current level of haze is 15% at 8 ohm/sq sheet resistance and 80% diffusive transmittance as reported by Hu et al. Our recent work in modifications to the polyol synthesis has allowed us to obtain longer and thinner nanowire that reduced haze down to ~7% at <20 ohm/sq sheet resistance and 80% diffusive transmittance. Whereas high haze value is an advantage for solar cell applications, displays for high-tech devices and military applications, much lower haze value (<5%) is desired. Our proposed study aims to tackle both aspects of reducing aspect ratio and reducing junction resistance to reduce the overall haze to make this technology suitable for displays.