[发明专利]具有高PEDOT含量的PEDOT/PSS分散体在制备电容器和太阳能电池中的用途

说明书

本发明涉及一种制备电容器的方法、可由该方法获得的电容器、一种电容器、电子电路、电容器的用途、一种制备分散体的方法、可由该方法获得的分散体、一种制备有机太阳能电池的方法、可由该方法获得的有机太阳能电池和分散体在制备有机太阳能电池中的用途。

市售电解质电容器通常由多孔金属电极、位于所述金属表面上的用作电介质的氧化物层、引入所述多孔结构中的导电材料(通常为固体)、外部电极(触点)如银层，和其他电触点以及包封体组成。一种常用的电解质电容器为钽电解质电容器，其阳极电极由其上已通过阳极氧化形成有均匀的五氧化二钽介电层的阀金属钽制成(也称为“成型”)。液体或固体电解质形成所述电容器的阴极。此外，通常还使用其阳极电极由其上通过阳极氧化而形成有作为电介质的均匀且电绝缘氧化铝层的阀金属铝制成的铝电容器。此时，液体电解质或固体电解质也形成所述电容器的阴极。所述铝电容器通常构造为卷绕型电容器或堆叠型电容器。

由于其高电导率，π共轭的聚合物特别适于作为上述电容器中的固体电解质。π共轭的聚合物也称为导电聚合物或合成金属。由于与金属相比，聚合物具有就加工性、重量和通过化学改性靶向调节性能的优点，其经济重要性日益提高。已知的π共轭聚合物实例为聚吡咯类、聚噻吩类、聚苯胺类、聚乙炔、聚亚苯基和聚(对亚苯基-亚乙烯基)，其中聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)由于其在其氧化形式下具有非常高的电导率而为工业上所用的特别重要的聚噻吩类。

可以以不同方式将基于导电聚合物的固体电解质施加至氧化物层上。因此，例如EP-A-0 340 512描述了由3,4-乙撑二氧噻吩制备固体电解质及其在电解质电容器中的用途。根据该公开文献的教导，3,4-乙撑二氧噻吩在所述氧化物层上原位聚合。

然而，使用原位聚合法制备固体电解质电容器的缺点尤其在于所述方法的复杂性。因此，在每种情况下包括浸渍、聚合和合适的话洗涤的工艺步骤的聚合方法通常持续数小时。此时，在特定情况下还必须使用易燃或有毒溶剂。用于制备固体电解质电容器的原位方法的另一缺点在于通常将氧化剂的阴离子或合适的话其他单体型阴离子用作所述导电聚合物的抗衡离子。然而，由于其小尺寸，这些阴离子不以足够稳定的方式与所述聚合物键接。因此，可发生抗衡离子的扩散且因此提高所述电容器的等效串联电阻(ESR)，尤其是在升高的电容器使用温度下。另外，在化学原位聚合中使用高分子聚合物抗衡离子不能获得足够导电的膜，因此不能获得低ESR值。

除上文所述的原位聚合之外，还由现有技术已知的是如下制备电容器中的固体电解质的方法，其中将包含已聚合的噻吩和作为抗衡离子的聚阴离子的分散体，例如现有技术所已知的PEDOT/PSS分散体施加至氧化物层上，然后通过蒸发移除分散剂。该类制备固体电解质电容器的方法例如公开于DE-A-10 2005 043 828中。根据该公开文献的教导，由PEDOT/PSS分散体起始制备电容器中的固体电解质层，其中所述PEDOT/PSS分散体特别优选具有2:1-20:1的聚阴离子(PSS):导电聚合物(PEDOT)重量比。在DE-A-10 2005 043 828的实施例中，选择2.23:1的PSS:PEDOT重量比。

然而，通过使用该分散体获得的电容器的缺点尤其在于，一方面其具有相当低的电容和相当高的串联电阻，另一方面其特征在于不令人满意的低温性能。就此而言，“低温性能”应理解为意指在低温下，特别是在低至低于-60℃的温度下，其电特性值，例如电容、等效串联电阻、击穿电压或剩余电流受到的影响，但尤其是电容受到的影响。

除了在制备电容器中的固体电解质层中的用途之外，现有技术所已知的PEDOT/PSS分散体通常还用于制备有机太阳能电池中的导电层。因此，使用PEDOT/PSS分散体来制备P3HT:PCBM太阳能电池标准结构中的ITO涂覆的基材和半导体层之间的中间层，或者用来制备反相结构太阳能电池中的层，例如如Glatthaar的论文“Zur Funktionsweise organischer Solarzellen auf der Basis interpenetrierender Donator/Akzeptor-Netzwerke”(2007)所述。就此而言，将PEDOT/PSS层由水基或异丙醇基分散体旋转(例如通过“旋涂”)至基材(在标准结构太阳能电池的情况下为ITO，或者在反相结构太阳能电池的情况下为半导体层，例如P3HT:PCBM层)上。