[發明專利]一種塑基高導電PEDOT:PSS薄膜電極及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201510279101.1
• 申請日: 2015-05-27
• 公開（公告）號: CN104934540B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 王浩;樊細;汪漢斌;喻繼超
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: H01L51/44
• 分類號: H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務所(普通合伙)42212
• 代理人: 丁齊旭

【技術領域】

本發明涉及高導電的、柔性透明的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)薄膜以及其在可彎曲的有機太陽能電池上的應用，尤其是涉及一種醇酸共處理而生成高導電的、強機械韌性的聚合物透明薄膜PEDOT:PSS，以及以這種薄膜為柔性透明導電電極的有機太陽能電池的研制。

【背景技術】

一種廉價的，可溶液處理，透明和導電聚合物薄膜，聚(3,4-乙撐二氧噻吩)：聚(苯乙烯)(簡稱PEDOT：PSS)薄膜，已經被廣泛地應用于電池、發光和顯示器件的界面層和電極材料[1-4]。PEDOT：PSS薄膜在可見光范圍內具有高透明度，高機械韌性和優良的熱穩定性和環境穩定性。然而，PSS是一種絕緣體，導致未處理的PEDOT：PSS薄膜的導電率非常低(低于1.0S cm^-1)[4]。此外，由于PEDOT的結晶度不高，阻礙了空穴的傳輸效率和收集效率。而良好的聚合物電極材料要求PEDOT：PSS具有較高的導電性。

目前，文獻報道關于高導電的PEDOT:PSS薄膜的制備方法主要有：(1)醇處理，包括甲醇、乙醇、乙二醇等；(2)酸處理，包括硫酸、甲基磺酸、草酸等。醇處理的PEDOT:PSS薄膜的導電率一般都不高，不超過2000S cm^-1[4-6]。而硫酸或甲基磺酸酸化處理PEDOT:PSS能形成高導電率聚合物薄膜，導電率分別為4380S cm^-1[5]和3065S cm^-1[2]，然后，上述方法制備的薄膜均在透明玻璃基底上制備，制備溫度為140～160℃，用塑料作基底也可以形成PEDOT:PSS高導電率聚合物薄膜，而塑料基底具有極強的憎水性，PEDOT:PSS水溶液難以在塑料基底上鋪開；同時，這些強酸在高溫下(140–160℃)易和塑料基底發生化學反應，導致薄膜的透明性變差。

【參考文獻】

[1]Y.H.Kim,C.Sachse,M.L.Machala,C.May,L.M.-Meskamp and K.Leo,Adv.Funct.Mater.,2011,21,1076.

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【發明內容】

基于上述技術背景，本發明的目的是提供一種以塑料為基底制備高導電的PEDOT:PSS薄膜的制備方法。該方法解決了PEDOT:PSS在塑料基底上浸潤性差和導電性差的問題。其操作步驟簡單，實驗成本低廉，同時實驗副產品對環境污染少；另外，所制備的PEDOT:PSS薄膜的整體結構清晰，大小分布均勻，可有效應用于柔性的有機器件，例如研制可彎曲有機太陽能電池，具有良好的應用前景。

為實現上述目的，本發明采用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料為襯底，在PEDOT:PSS水溶液中添加0.5vol.％的含氟表面活性劑Zonyl FS-300，成功克服了PEDOT:PSS在塑料襯底上浸潤性差的難題；通過兩步法，即先甲醇處理后甲基磺酸處理，并控制反應溫度和時間，從而在PET塑料上制備了高導電的PEDOT:PSS薄膜。最后，將酸醇處理的PEDOT:PSS柔性透明薄膜作為陽極，組裝可彎曲的和高效率的有機太陽能電池。

本發明薄膜電極的具體制備流程和工藝如下：

(1)清洗基底

選取PET塑料基板先后經過清洗劑，去離子水，丙酮，異丙醇超聲處理，每次15分鐘，每種溶劑處理2次，然后經紫外臭氧室15分鐘處理；

(2)配制混合PEDOT：PSS旋涂液

在含量為6％的PEDOT：PSS水溶液中(Clevios PH1000)，混合0.5％體積的含氟表面活性劑Zonyl FS-300和6％體積的純甲醇，攪拌24小時；

(3)旋涂及甲醇處理