[发明专利]一种基于PEDOT掺杂的透明电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于PEDOT掺杂的透明电极及其制备方法和应用，属于钙钛矿太阳能电池组件领域。磺酸亚胺金属盐类化合物可以溶于水中，与PH1000或PEDOT4083溶液互溶，不会造成相分离；磺酸亚胺金属盐类化合物在可见光区无吸收，作为添加剂加入时，不会影响PEDOT薄膜的光学性能，故易于制备得到透明电极；磺酸亚胺金属盐类化合物中存在可自由移动的带电离子，对于电荷传输有较强的提升作用，当作为添加剂加入的PEDOT薄膜中时，可以明显改善薄膜的电荷传输性能；制备的透明电极可以在室温下可通过溶液加工方法制备得到，避免了常用的无机金属氧化物透明电极复杂昂贵的加工工艺，同时溶液加工成膜的工艺方法有利于制备柔性器件。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池组件领域，涉及一种基于PEDOT掺杂的透明电极及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池的基本结构可称之为“三明治”结构，通常包含以下几个部分：即透明电极、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层和金属电极层，如图1所示。目前报道的透明电极包含以下几大类：一，掺杂金属氧化物透明电极，包括ITO(Indium Tin Oxide,氧化铟锡)、FTO(氟掺杂氧化锡)、ATO(铝掺杂氧化锡)和AZO(铝掺杂氧化锌)等，加工工艺通常为采用靶材溅射成膜；二，碳材料透明电极，如碳纳米管(CNT)和石墨烯(Graphene)，加工工艺为先生长高性能的CNT和Graphene，之后分散到溶剂中通过溶液加工成膜；三，金属纳米线、金属纳米网格和超薄金属薄膜透明电极，金属种类包含银、铜、金等，加工工艺包含溶液加工、热蒸镀和溅射工艺等；四，掺杂的导电聚合物，加工工艺通常为溶液加工成膜。其中，ITO透明电极，由于加工工艺较为复杂、加工设备成本较高，以及主要材料铟自身储量有限带来的成本劣势，再加上ITO材料本身的易脆性等诸多因素，在一定程度上限制了钙钛矿电池的大规模应用；基于CNT或Graphene制备的透明电极因材料本身制备成本较高、工艺复杂、量产难度较高等因素限制了其规模化应用；第三，金属纳米线、纳米网格或超薄金属薄膜电极也存在生产成本较高、工艺复杂以及加工设备要求较高等劣势。

此外，掺杂的导电聚合物由于具备较高的电导率(～10⁵S/m)和带隙易调控(化学合成、掺杂等手段)，以及可溶液加工等特性，使其在透明电极应用方面具备十分独特的优势。导电聚合物—PEDOT，具有分子结构简单、带隙小，高电导率等特点。PEDOT以其高电导率(1000S/cm)、氧化状态下良好的热稳定性、透光率高(可见光区透过率～95％，薄膜厚度30nm)等优点广泛应用于有机薄膜太阳能电池、有机发光二极管、有机场效应晶体管以及电致变色器件等诸多领域。但是，单纯的PEDOT材料的固有特性是不溶(溶解)不熔(融化)，难以加工，故PEDOT的应用通常是采用加入分散剂如PSSA(聚苯乙烯磺酸钠)使得PEDOT分散到水溶液中，得到商用的PEDOT:PSS溶液，这样可以通过溶液加工的方法得到PEDOT:PSS薄膜，因为薄膜中加入了不导电的PSSA材料，所以薄膜的电导率远低于纯的PEDOT薄膜。此外，下文中提到的PEDOT4083以及PH1000均为PEDOT:PSS不同浓度和添加剂(如二甲基亚砜和一些多元醇等)的水溶液，这些商用产品改善了PEDOT的可加工性能，但是也牺牲了PEDOT固有的高导电率。

发明内容

为了克服上述现有技术中，掺杂导电聚合物的方法导致基于其制备的导电薄膜的导电率降低的缺点，本发明的目的在于提供一种基于PEDOT掺杂的透明电极及其制备方法和应用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于PEDOT掺杂的透明电极的制备方法，包括如下步骤：

步骤1)配制前驱体溶液：以PEDOT溶液为溶剂，以磺酰亚胺类金属盐化合物为溶质；

步骤2)利用旋涂法、涂布法或印刷法对前驱体溶液进行加工，得到薄膜；

步骤3)对薄膜依次进行清洗、退火，得到基于PEDOT掺杂的透明电极。