[发明专利]金属氧化物-导电聚合物-醇组合物、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种金属氧化物‑导电聚合物‑醇组合物、其制备方法及应用。该组合物包含：至少一种半导体金属氧化物，主要以纳米颗粒的形态均匀分散于所述组合物中；至少一种导电聚合物，所述导电聚合物包含至少一种共轭高分子；以及，包含至少一种有机醇的溶剂，用以使所述组合物呈流体状，并提高该组合物在有机薄膜表面的浸润性；在该制备方法中，半导体纳米金属氧化物颗粒可由金属或者其氧化物粉末通过与双氧水反应直接制备而得，且所述组合物的表面能可以通过金属氧化物与导电聚合物之间的比例进行调节。由本发明组合物沉积制得的薄膜可以作为有机电子器件中的缓冲层，实现金属电极与有机活性层之间的欧姆接触。

发明领域

本发明特别涉及一种金属氧化物-导电聚合物-醇组合物，其制备方法及应用，属于光-电或电-光转换材料技术领域。

背景技术

相比于无机光电器件，有机光电器件具有材料成本低，制造工艺简单，轻柔，可大面积制造等优点。有机光电器件都有多层膜结构组成，包括：阳极,空穴缓冲层，有机光活性层，电子缓冲层和阴极等。由于阴/阳电极与有机活性层间存在功函数差异，导致电极与有机物间的接触为非欧姆接触，从而带来界面势垒。缓冲层材料处于电极和有机活性层之间，起到调节电极功函数的作用，例如在倒置结构的有机光伏器件中常用的阳极材料为ITO玻璃，其功函数为～4.8eV.为了提高ITO的功函数，最常用的方法是在ITO表面沉积一层功函数为5.1eV的PEDOT:PSS层，使得阳极的功函数与有机层材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)的HOMO能级(-5.1eV)符合，获得高的空穴传输效率。

目前常用的缓冲层材料包括金属氧化物，聚合物和有机小分子材料。金属氧化物材料稳定性高，但是多需要真空沉积方法实现薄膜的沉积。聚合物材料具有溶液化成膜性好的优点，适合大规模印刷技术，但是材料的耐水、氧稳定性较差，目前成熟的聚合物缓冲材料体系亦十分有限。小分子材料也存在需要真空沉积的缺点，同时稳定性差的缺点。为了获得高稳定性的全溶液加工器件，研究人员逐步开展了金属氧化物纳米颗粒墨水的研究和开发工作；虽然用于有机光电器件获得了一些兼具稳定性高，器件性能优异的结果，但是纳米颗粒在墨水中的团聚不可避免。团聚的纳米颗粒在沉积成薄膜的过程中，将引入造成器件短路或者性能下降的孤岛点。

更为具体的讲，以有机光伏为例：有机光伏器件(OPV)的构成可以分为传统结构和倒置结构两种。其中倒置结构的有机太阳能电池按照光入射方向依次为ITO阴极，电子缓冲层，有机活性层，空穴缓冲层，金属阳极。其中MoO_x或PEDOT:PSS作为常用的空穴缓冲层。MoO_x的功函数为5.3eV，可以修饰有机光电器件常用的Ag(4.3eV)和Al(4.2eV)电极，用于OLED以及OPV等器件中。PEDOT:PSS由PEDOT和PSS两种物质组成，分别为3，4-乙撑二氧噻吩聚合物和聚苯乙烯磺酸盐，前者为导电共轭高分子，后者为高分子酸性物质。PEDOT:PSS的功函数为5.2eV，作为有机光电器件的空穴缓冲层材料其溶液法沉积薄膜技术已经非常成熟。因为倒置结构的有机太阳能电池以高功函数的金属作为阳极，所以不易被空气氧化，具有更长的寿命。高功函数的金属电极也适合在空气中加工，所以通常认为倒置结构有机太阳能电池与印刷加工工艺兼容。尽管如此，但是由于有机活性层疏水性强，而MoO_x和PEDOT:PSS都为水溶性材料，所以使用溶液法加工在有机活性层上沉积阳极缓冲层尚比较困难。目前，沉积MoO_x多采用真空蒸镀方法实现，设备要求高，与印刷法制备大面积有机光伏工艺兼容性差。在有机薄膜层上沉积PEDOT:PSS则需要在PEDOT:PSS中添加表面活性剂对其进行改性或者通过对有机活性层进行表面处理降低其表面能。表面活性剂的后期去除比较困难。以Plasma或者UV O₃处理有机活性层表面，对设备要求也较高，且将有可能一定程度破坏有机物薄膜，缩短器件寿命。