生物质透明电极的构建及其在柔性有机光电器件中的应用研究

Developing sustainable flexible electronics substrate materials from biomass is not only an effective solution to address the problems of poor thermal stability, printability and biocompatibility that hinder the application of plastics substrates, but also meaningful in reducing cost and electronic waste, and producing “green” flexible electronics. Therefore, biomass-based substrate materials are attracting increasing attention recently. However, the current biomass-based flexible optoelectronics generally suffer form the poor conductivity and low device efficiency. In order to resolve these problems, an idea of functionalization the biomass film by polar functional groups is proposed to achieve the following aims: 1) induce self-assembly and polymer-assisted metal deposition (PAMD) of conducting materials on biomass film for preparing transparent biomass electrode with high conductivity and stability; 2) modify the interfaces to lower the work function of electrode, and thus improve the device efficiency, stability and durability; 3) in-situ grow semiconductor crystals in biomass film through biomineralization, and based on which to develop efficient flexible optoelectronics. The idea proposed here is expected to provide opportunity for enhancing the efficiency of biomass-based flexible electronics, and contribute to the study of low-cost, sustainable, scalable, biocompatible and environmentally-friendly flexible electronics.

发展生物质基可再生柔性电子器件衬底不仅可以解决塑料衬底较差的热稳定性、印刷适性和生物相容性，而且对于降低成本、减少电子垃圾、推动柔性电子的绿色制备具有重要意义，因而正受到越来越多的关注。针对目前生物质基柔性光电器件电极导电性差、器件效率低的问题，本项目提出通过对生物质膜的功能化，利用自组装和聚合物辅助金属沉积提高导电材料与生物质基底的结合力，制备高电导率、高稳定性和结构可控的生物质柔性透明电极；借助生物质膜中的极性基团修饰界面、降低电极功函，从而大幅提高器件效率、改善器件稳定性和寿命；模拟生物矿化过程在生物质膜中原位生长半导体晶体膜，并在此基础上构建高效柔性有机光电器件。本项目有望为提高生物质基柔性电子器件性能，推动绿色廉价、可再生、可降解、生物相容柔性电子器件的发展提供新的途径。

本项目旨在研发可替代塑料的生物质基柔性电子器件基底材料，以减少电子垃圾、降低成本、推动柔性电子的绿色制造。针对生物质基柔性电子器件电极导电性差的问题，发展对生物质基底的界面修饰方法，通过构建功能化的界面层提高基底与电极材料的结合作用力，诱导纳米导电材料在基底上的有序组装，制备具有超高导电性能的生物质（纸）基柔性电极，并利用生物质电极发展了有机发光二极管和有机光伏电池等柔性光电器件。另一方面，本项目发展了系列带有丰富极性基团的生物质大分子衍生物，利用生物质大分子衍生物优异的成膜性修饰器件界面，有效降低了电极的功函，从而大幅提高器件效率、改善器件稳定性和寿命。项目还模拟生物矿化过程在生物质膜中原位生长半导体晶体膜，并在此基础上发展了高效柔性光电器件。本项目为发展绿色的生物质基柔性电子器件进行了有益的探索，所发展的全溶液加工方法绿色、高效、易于规模化，为下一代生物质基柔性电子器件的研发提供了理论依据。.相关研究内容发表期刊论文24篇（均标注本项目，且项目负责人为第一／通讯作者），其中SCI收录论文22篇，包含影响因子10以上的5篇。申请发明专利14项，TCP专利1项，获授权发明专利12项。项目相关研究成果在权威国际学术会议上报告10余次，受邀参与编写英文专著1部。项目相关研究内容获2019年度教育部自然科学二等奖1项。在项目执行期间，负责人于2017年入选广东省特支计划青年拔尖人才，2018年入选泰山产业领军人才，2019年获广东省五一劳动奖状、三八红旗集体，2020年获五四青年奖章提名奖。培养博士后5名、博士研究生8名、硕士研究生6名。