一种稳定的PEDOT/PSS导电层电极及其制备方法技术

稳定的具有中性化PEDOT/PSS导电层的透明电极的制备方法，所述透明电极包括透明基材层以及覆盖于该透明基材层上的导电层，导电层包括涂布的第一层纳米银线导电层以及第二层的中性化PEDOT/PSS高分子导电层或中性化PEDOT/PSS与纳米银线掺混后形成的高分子导电层。该结构中的PEDOT/PSS高分子导电层材料为中性化PEDOT/PSS导电油墨，其制备方法为：3，4-乙撑二氧噻吩(EDOT)在聚乙烯基苯磺酸(PSS)存在下聚合形成PEDOT/PSS分散液，添加碱性添加剂调节pH值，经陈化工艺达到油墨粘度后，制得中性化PEDOT/PSS分散液，在中性化PEDOT/PSS分散液的基础上，添加包含了至少一种有机功能助剂而成。本发明专利技术制得的透明电极具有导电性高、透光性好、制造工艺简单以及耐候、耐电流稳定性等优点，可用于有机太阳能电池、有机发光二极管或触摸显示屏等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种稳定的PEDOT/PSS导电层电极及其制备方法
本专利技术涉及一种光电子元器件，更详细地涉及一种稳定的具有中性化PEDOT/PSS导电层的透明电极及其制备方法，属于有机光电子技术材料领域。
技术介绍
透明电极作为一种既导电又透明的功能性材料，已经被广泛地应用于薄膜太阳能电池、平板显示、触屏、PDP显示、OLED显示以及电子书等相关技术中。透明电极的一般要求是方块电阻尽可能低、光透过率尽可能高、制作工艺尽可能简单以保证生产成本尽可能低。在现有的透明电极中，铟锡氧化物ITO薄膜由于具有良好的透光性和较高的导电性，已经被广泛地应用上述元器件领域中。然而，ITO薄膜一般采用真空蒸镀工艺制备，制备温度很高，因此生产成本比较高；而且，真空蒸镀工艺不利于形成构图和电路，这就导致如果需要构图就必须再采用其它工艺(如光刻等)来解决，价格上升。在应用方面，ITO材料比较脆，薄膜较硬，因此不适用于需要经常进行弯折的柔性元件，这使得ITO薄膜在新兴的柔性电子器件领域的应用受到了限制。加之，由于资源有限，铟材料为主的ITO薄膜不适用越来越普及的一般电子产品的发展。能够开发一种相对廉价的制备透明电极材料的方法，且制备出来的透明电极具有优异的电学、光学及力学性能成为业界一直努力的方向。近年来，科研工作者提出了采用基于导电高分子、碳纳米管、石墨烯、金属网格、纳米银线等材料制备透明电极的方法。然而，这其中大部分方法所制备出来的透明电极材料性能尚不能与ITO透明电极相媲美。在这些新兴的透明电极的候选材料中，基于纳米银线制备的透明电极被证实是性能最为优异的，其在具有90％透光率的同时还可以保持100Ω/□的电学性能，且耐弯折，附着力好，成为了替代ITO透明电极的首选材料。纳米银线在众多的ITO替代材料中性能突出，但也有难以避免的技术缺陷。主要表现在以下几个方面：(1)有机物在成膜器件制备过程具有优势，这就要求透明电极材料需要具备与之匹配的能级，也是业界所谓的功函数要求。这方面纳米银线材料难以与其它有机功能层材料较好的衔接起来；(2)透明电极表面平整度对制备成薄膜太阳能电池的光电转化效率有着显著的影响。所以，评价透明电极材料的好坏不仅要参考透光率及导电性、弯折性等，表面平整度也成为了透明电极材料一个非常关键的评价指标，这方面纳米银线材料尚存在不足；(3)作为元器件中的透明电极，还要求透明电极材料具有高度的稳定性，表现在随着器件使用时间的延长，电极膜的导电性、透光性等性能相对保持稳定，这也成为了透明电极材料的一个非常关键的评价指标。为了尽可能解决上述技术缺陷，需要将纳米银线材料与其它材料复合使用。在这些复合使用的材料中，导电高分子PEDOT/PSS由于具有与绝大多数有机物匹配的功函数，以及良好的导电性和光透过率，且可以采用溶液法/印刷工艺制程。然而PEDOT/PSS的导电性能难以满足OLED等元器件对透明电极的要求，单独作为透明电极使用尚需要长时间的技术突破。纳米银线与PEDOT/PSS两种材料的复合使用可以将两种导电材料的性质互相取长补短，即在保证电导率的同时，又可以解决能级匹配的问题，同时PEDOT/PSS也可以用于改善纳米银线材料涂布时表面的不均匀性，为未来柔性器件领域大规模量产透明电极提供了一种新型的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的与纳米银线层复合的PEDOT/PSS导电层的透明电极及其制备方法。基于溶液法/印刷方式，通过在透明基材层上先后涂布纳米银线导电层以及PEDOT/PSS导电层或PEDOT/PSS与纳米银线掺混后形成的导电层，使其形成叠层式的电极结构。这种叠层式的透明电极有效地降低整个透明电极膜层的方块电阻；通过将中性化PEDOT/PSS导电高分子层覆盖于纳米银线导电层之上，使之与外界空气隔绝，避免酸性PEDOT/PSS与纳米银线接触时因腐蚀性作用而导致方块电阻增大的效果；同时PEDOT/PSS导电层的涂覆，还可以改善纳米银线导电层的导电性以及涂布时的表面不均匀性。本专利技术提供的透明导电层电极保证了透明电极在耐热、耐电流方面的稳定性。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种新型的具有中性化PEDOT/PSS导电层的透明电极，包括透明基材层以及覆盖于该透明基材层上的导电层，该导电层包括覆盖于透明基材层上的纳米银线导电层，以及覆盖于纳米银线导电层上的中性化PEDOT/PSS导电层。所述的透明基材层，选材为透明材料：玻璃、PET、PEN、PMMA或PI；所述导电层厚度为25～1000nm；构成所述的中性化PEDOT/PSS导电层由中性化PEDOT/PSS导电油墨制得：PEDOT/PSS分散液的聚合工艺(参照BayerAG.EP0686662，1995)：将水、聚苯乙烯磺酸和催化剂硫酸铁(III)、过硫酸钠加入到反应容器中，调节温度，搅拌溶解。再与亚乙基二氧基噻吩(EDOT)进行聚合反应。本专利技术特征是聚合反应结束后，于反应液中加入碱性添加剂调节体系pH值。使用的碱性添加剂可以是碱金属氢氧化物如氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾，碱金属碳酸盐或碳酸氢盐如碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾或碳酸氢钠、碳酸氢钾，碱土金属氢氧化物如氢氧化镁、氢氧化钙，碱土碳酸盐或碳酸氢盐如碳酸镁、碳酸钙，氨；脂肪族烷基胺例如带有任选取代的C1～C20的烷基的单-、二、或三-烷基胺，如甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、乙醇胺或二甲基乙醇胺，芳香族胺如苯胺、二苯胺、邻二苯胺、间二苯胺或对二苯胺；碱性添加剂优选以溶液的形式使用，优选溶剂可以是水和/或醇，用于中和PEDOT/PSS分散体。醇可以是甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、正辛醇，二醇或二醇醚，如乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇或二甘醇；本专利技术中，将碱性添加剂加入到分散体中，通过pH剂调节体系pH值，pH值范围为5.0～9.0，优选pH范围为6.0～8.0，更优选pH值为6.5～7.2；碱性添加剂调节pH值近中性后，陈化至反应液达到高粘度，粘度范围为1000～50000mPa·s，优选粘度范围为2000～20000mPa·s；更优选粘度范围为5000～8000mPa·s；将反应混合物转移，再加入阳离子交换剂(LewatitS100H，LanxessAG)和阴离子交换剂(LewatitMP62，LanxessAG)除去无机盐。过滤出交换剂，得到中性化PEDOT/PSS分散液；本专利技术提供的中性化PEDOT/PSS导电油墨，包括上述方法制得的中性化PEDOT/PSS分散液和至少一种有机功能助剂，特征在于它包括鸟粪胺与至少一种羰基化合物形成的至少一种缩合物树脂。鸟粪胺与至少一种羰基化合物形成的缩合物，优选是鸟粪胺与醛或酮缩合。适合的醛或酮为：甲醛、乙醛、丁醛、丙酮或甲基乙基酮。特别优选为甲醛；鸟粪胺与至少一种羰基化合物的特别优选的缩合物为鸟粪胺-甲醛缩合物，其结构如通式(I)式中R1表示H或直链支链C1～C8烷基，苯基或单-、二-、三-取代的苯基，优选为H或直链或支链C1～C4烷基，苯基，特别优选为H或甲基、乙基以及苯基。R2至R5彼此独立地表示H或CH2-OR6，基团R2至R5中的至少一个不是H，且R6表示H或直链或支链C1～C8烷基，优选H或直链或支链C1～C4烷基，特别优选为R2至R5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稳定的具有中性化PEDOT/PSS导电层的透明电极，包括透明基材层以及涂覆于该透明基材层上的导电层，其特征在于，该导电层依次包括：(1)粘附于透明基材层表面上的纳米银线导电层，(2)以及粘附于纳米银线导电层表面上的中性化PEDOT/PSS高分子导电层或其与纳米银线掺混后形成的高分子导电层。

【技术特征摘要】
1.一种稳定的具有中性化PEDOT/PSS导电层的透明电极，包括透明基材层以及涂覆于该透明基材层上的导电层，其特征在于，该导电层依次包括：(1)粘附于透明基材层表面上的纳米银线导电层，(2)以及粘附于纳米银线导电层表面上的中性化PEDOT/PSS高分子导电层或其与纳米银线掺混后形成的高分子导电层。2.根据权利要求1中所述的透明电极，其特征在于，所述的透明基材层材料选自：玻璃、PET、PEN、PMMA或PI。3.根据权利要求1中所述的透明电极，其特征在于，所述的导电层厚度为25～1000nm。4.根据权利要求1中所述的透明电极，其中所述中性化PEDOT/PSS高分子导电层所使用的材料基于具有油墨粘度的中性化PEDOT/PSS导电油墨，由EDOT和PSS聚合为PEDOT/PSS分散液，其特征在于，当聚合反应结束后，添加碱性添加剂调节pH值，陈化后达到所需油墨粘度，形成中性化PEDOT/PSS分散液，再添加有机功能助剂制得中性化的PEDOT/PSS导电油墨。5.根据权利要求4中所述的透明电极，其中所述油墨粘度范围，其特征在于，陈化后的PEDOT/PSS分散液粘度范围为1000～50000mPa·s。6.根据权利要求4中所述的透明电极，其中所述碱性添加剂，其特征在于，碱性添加剂选自碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：李葰，宋立文，李元尨，陶志刚，李大忠，黄心毅，
申请(专利权)人：欧依有机光电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31