[发明专利]一种塑基高导电PEDOT:PSS薄膜电极及其制备方法与应用

说明书

【技术领域】

本发明涉及高导电的、柔性透明的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)薄膜以及其在可弯曲的有机太阳能电池上的应用，尤其是涉及一种醇酸共处理而生成高导电的、强机械韧性的聚合物透明薄膜PEDOT:PSS，以及以这种薄膜为柔性透明导电电极的有机太阳能电池的研制。

【背景技术】

一种廉价的，可溶液处理，透明和导电聚合物薄膜，聚(3,4-乙撑二氧噻吩)：聚(苯乙烯)(简称PEDOT：PSS)薄膜，已经被广泛地应用于电池、发光和显示器件的界面层和电极材料[1-4]。PEDOT：PSS薄膜在可见光范围内具有高透明度，高机械韧性和优良的热稳定性和环境稳定性。然而，PSS是一种绝缘体，导致未处理的PEDOT：PSS薄膜的导电率非常低(低于1.0S cm^-1)[4]。此外，由于PEDOT的结晶度不高，阻碍了空穴的传输效率和收集效率。而良好的聚合物电极材料要求PEDOT：PSS具有较高的导电性。

目前，文献报道关于高导电的PEDOT:PSS薄膜的制备方法主要有：(1)醇处理，包括甲醇、乙醇、乙二醇等；(2)酸处理，包括硫酸、甲基磺酸、草酸等。醇处理的PEDOT:PSS薄膜的导电率一般都不高，不超过2000S cm^-1[4-6]。而硫酸或甲基磺酸酸化处理PEDOT:PSS能形成高导电率聚合物薄膜，导电率分别为4380S cm^-1[5]和3065S cm^-1[2]，然后，上述方法制备的薄膜均在透明玻璃基底上制备，制备温度为140～160℃，用塑料作基底也可以形成PEDOT:PSS高导电率聚合物薄膜，而塑料基底具有极强的憎水性，PEDOT:PSS水溶液难以在塑料基底上铺开；同时，这些强酸在高温下(140–160℃)易和塑料基底发生化学反应，导致薄膜的透明性变差。

【参考文献】

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

[2]Y.J.Xia,K.Sun and J.Ouyang,Adv.Mater.2012,24,2436.

[3]D.Alemu,H.-Yu Wei,K.-C.Hod and C.-W.Chu,Energy Environ.Sci.,2012,5,9662.

[4]W.F Zhang,B.F.Zhao,Z.C.He,X.M.Zhao,H.T.Wang,S.F.Yang,H.B Wu and Y.Cao,Energy Environ.Sci.,2013,6,19566.

[5]N.Kim,S.Kee,S.H.Lee,B.H.Lee,Y.H.Kahng,Y.-R.Jo,B.-J.Kim and K.Lee,Adv.Mater.,2014,26,2268.

【发明内容】

基于上述技术背景，本发明的目的是提供一种以塑料为基底制备高导电的PEDOT:PSS薄膜的制备方法。该方法解决了PEDOT:PSS在塑料基底上浸润性差和导电性差的问题。其操作步骤简单，实验成本低廉，同时实验副产品对环境污染少；另外，所制备的PEDOT:PSS薄膜的整体结构清晰，大小分布均匀，可有效应用于柔性的有机器件，例如研制可弯曲有机太阳能电池，具有良好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料为衬底，在PEDOT:PSS水溶液中添加0.5vol.％的含氟表面活性剂Zonyl FS-300，成功克服了PEDOT:PSS在塑料衬底上浸润性差的难题；通过两步法，即先甲醇处理后甲基磺酸处理，并控制反应温度和时间，从而在PET塑料上制备了高导电的PEDOT:PSS薄膜。最后，将酸醇处理的PEDOT:PSS柔性透明薄膜作为阳极，组装可弯曲的和高效率的有机太阳能电池。

本发明薄膜电极的具体制备流程和工艺如下：

(1)清洗基底

选取PET塑料基板先后经过清洗剂，去离子水，丙酮，异丙醇超声处理，每次15分钟，每种溶剂处理2次，然后经紫外臭氧室15分钟处理；

(2)配制混合PEDOT：PSS旋涂液

在含量为6％的PEDOT：PSS水溶液中(Clevios PH1000)，混合0.5％体积的含氟表面活性剂Zonyl FS-300和6％体积的纯甲醇，搅拌24小时；

(3)旋涂及甲醇处理