Science Advances|全溶液工艺制备超柔性有机光电器件（柔性电子/柔性传感/可穿戴电子/电子皮肤/有机光电器件）

2024年4月10日，日本东京大学Takao Someya和日本理化学研究所（RIKEN）Kenjiro Fukuda课题组，在《Science Advances》上发布了一篇题为“All-solution-processed ultraflexible wearable sensor enabled with universal trilayer structure for organic optoelectronic devices”的论文。论文内容如下：

一、摘要

通过全溶液工艺可以实现有机光电器件的大规模制造及多种功能超薄可穿戴电子产品的集成。然而，有机光电子复杂的多层堆叠器件结构给大规模生产带来了挑战。在这里，作者建立了全溶液工艺来制造可穿戴的、自供电的光电容积描记(PPG)传感器，通过使用适用于有机光伏、光电探测器和发光二极管的三层器件结构，实现了与蒸镀电极参考器件相当的性能和更高的稳定性。基于全溶液处理的有机发光二极管和光电探测器的PPG传感器阵列可以在大面积的超薄基底上制备，以实现长期存储稳定性。作者将其与大面积、全溶液处理的有机太阳能组件集成在一起，实现了自供电的健康监测系统。该工作基于有机光电子学在大面积超薄基底上制造出具有复杂功能的高通量可穿戴电子设备，可以促进集成复杂功能超薄电子设备的高效制造。

二、背景介绍

一般来说，附着在人体或纺织品上的可穿戴电子设备需要不同功能的组合。有机半导体的可调化学结构和能级使它们能够满足可穿戴设备的多样功能需求。这些需求包括光检测、能量收集和电致发光。基于超薄基底的超柔性有机光电子器件已成功开发，通过集成超柔性有机光伏(OPVs)、有机发光二极管(OLEDs)和有机光电探测器(OPDs)，以实现类皮肤显示和自供电健康监测的可穿戴电子设备。

大规模生产这种柔性有机光电器件可以通过全溶液工艺实现，而无需真空处理过程，如真空磁控溅射和热蒸发技术。全溶液工艺使有机光电器件中的每一层，从底部到顶部电极，都可以通过溶液加工，使其与大规模生产兼容，例如卷对卷印刷。

通过全溶液工艺大规模制备集成有机光电可穿戴传感器具有挑战性，主要是由于有机光电器件复杂的器件结构和制造工艺。由于OPVs、OLEDs和OPDs中半导体的可调能带隙，采用不同的器件结构和不同的界面层可能导致复杂的制备步骤和多层集成电子器件，降低了在同一基底上同时制造不同器件的便利性。此外，溶液处理的界面和电极材料对水和氧气的不稳定性可能导致用于可穿戴电子应用的有机光电器件出现长期稳定性问题。在这里，作者建立了全溶液工艺来制造可穿戴的自供电光电容积描记（PPG）传感器。具体来说，作者提出了一种简便和通用的三层全溶液工艺制备器件结构，用于超柔性有机光电子器件，即OPVs、OPDs和OLEDs。