一种碳基复合透明电极及制备方法技术

一种碳基复合透明电极，由透明衬底和透明导电薄膜层构成，其特征所述的透明导电薄膜为功能化碳材料掺杂PEDOT:PSS水溶液，掺杂浓度为质量百分比浓度0.3-1.0%；所述的功能化碳材料为酸化碳纳米管、酸化石墨烯、磺化碳纳米管或磺化石墨烯中的一种；所述的透明衬底采用透明玻璃衬底或柔性聚合物衬底。本发明专利技术制备的碳基复合透明电极为高电导率以及高透光性电极材料，可取代ITO，大幅降低电极制备成本。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种碳基复合透明电极，由透明衬底和透明导电薄膜层构成，其特征所述的透明导电薄膜为功能化碳材料掺杂PEDOT:PSS水溶液，掺杂浓度为质量百分比浓度0.3-1.0%；所述的功能化碳材料为酸化碳纳米管、酸化石墨烯、磺化碳纳米管或磺化石墨烯中的一种；所述的透明衬底采用透明玻璃衬底或柔性聚合物衬底。本专利技术制备的碳基复合透明电极为高电导率以及高透光性电极材料，可取代ITO，大幅降低电极制备成本。【专利说明】
本专利技术涉及透明电极领域，更具体的说，涉及一种碳基复合材料的透明电极及其制备方法。
技术介绍
随着全球能源需求逐年增加，有机光电研宄成为世界关注的热点课题。在此背景下，透明电极以其独特的优异性能引起人们的广泛关注，为了进行工业大规模生产，必须实现柔性印刷制备有机光电器件。柔性大面积光电器件具有成本低廉、制备工艺简单、可任意弯曲、质量轻、便于携带、易于建筑一体化和高功率重量比的优点。然而，基于柔性衬底的制备工艺还很不成熟，印刷电极墨水工艺落后、ITO材料昂贵造成的制作成本较高、器件性能也相对较低，限制其进一步商业化应用的发展。因此，研宄和开发可用于大面积柔性衬底的透明导电薄膜替代ITO成为新型透明电极，降低制作成本，成为真正聚合物薄膜太阳能电池实现商业化应用的关键科学技术问题。 为了替代ΙΤ0，制备更为复合柔性印刷的透明导电薄膜，目前的科学研宄主要集中在新型透明金属氧化物(如:铝掺杂的氧化锌(AZO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)等)、透明纳米金属材料(银纳米线、金纳米粒子等、导电高分子碳材料(如聚(3，4-乙撑二氧噻吩):(聚苯乙烯磺酸盐)，PEDOT: PSS)、和功能碳材料(碳纳米管、石墨烯等)。 在这些材料中，AZO和FTO材料其制备工艺仍然十分复杂其耗费的成本较高，且在柔性基底上的性能较差。透明纳米金属材料的纳米线节点会产生较大的电阻，影响薄膜的电导率。纳米线网格结构对于薄膜的柔韧性也会产生很大影响，降低薄膜力学稳定性。PEDOT:PSS作为一种优良的导电高分子材料被广泛应用在柔性透明电极中，但目前仍然存在无法避免的问题，如PED0T:PSS薄膜呈现一种偏蓝的颜色会影响透光性能。PEDOT: PSS耐酸性、加工性不好和较低导电率吸湿性等缺点也不同程度限制了 PED0T:PSS导电薄膜的进一步发展。 碳基材料自身透光性很高、力学性能稳定。采用碳纳米管、石墨稀等碳基材料应用柔性透明电极因其存在着富电子的η体系，具有高效的电荷传输路径。为了进一步满足大面积商业化应用，仍需解决J1- 31堆叠效应导致的墨水溶液很难实现高度分散，热处理对界面层的形貌影响，导致载流子的传输通道遭到破坏两大问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。 本专利技术是通过以下技术方案实现的。 —种碳基复合透明电极，由透明衬底和透明导电薄膜层构成。其特征是所述的透明导电薄膜为功能化碳材料掺杂PED0T:PSS水溶液得到。 本专利技术所述的功能化碳材料为酸化碳纳米管CNTs、酸化石墨稀Graphene、磺化碳纳米管CNTs或磺化石墨稀Graphene中的一种。 本专利技术所述的功能化碳材料掺杂PEDOT:PSS的过程是:将功能化碳材料分散液与PEDOT:PSS水溶液共混，然后超声处理得到复合PED0T:PSS水溶液。其中，功能化碳材料掺杂浓度为质量百分比浓度0.3-1.0%。 本专利技术所述的功能化碳材料分散液是将功能化碳材料分散在极性溶剂中，其浓度为0.5 mg/ml O所述的极性溶剂为水、醇和二甲基亚砜。优选二甲基亚砜。 本专利技术所述的透明衬底采用透明玻璃衬底或柔性聚合物衬底。所述的透明衬底在制膜之前表面依次经过丙酮、洗洁精和去离子水超声清洗以及plasma等离子体清洗。 本专利技术所述的透明导电薄膜的制备工艺为小面积旋涂或大面积柔性印刷。 本专利技术所述的透明导电薄膜厚度为70 nm-200 nm。 采用碳材料与PED0T:PSS结合制备复合透明导电薄膜，可以有效结合二者优点制备出高性能透明导电薄膜。 本专利技术将高度分散的碳基材料分散液掺杂PED0T:PSS水溶液，制备碳纳米管(CNTs)和石墨烯(Graphene)改性的PED0T:PSS复合透明电极，实现高电导率以及高透光性电极材料，从而取代ΙΤ0，大幅降低电极制备成本。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术的实施方案的透明电极结构。其中，I为透明衬底，2为碳基复合透明导电薄膜。 图2为本专利技术一个旋涂制备的小面积透明电极的透光率图示。 图3为本专利技术一个大面积柔性卷对卷工艺制备的透明电极的透光率图示。 【具体实施方式】 本专利技术将通过以下实施例作进一步说明。应该理解，这样的描述仅用于举例说明本专利技术，而不用于限制。 本实施例所用的PED0T:PSS为德国贺利氏公司生产的Clev1s PH 1000型号PEDOT: PSS 水溶液。 实施例1。 采用在常温经过酸化处理的单壁碳纳米管按照0.5%质量比加入PED0T:PSSPH1000水溶液中，经过6小时的超声处理后待用。在薄膜沉积衬底之前，应对基底进行预处理，目的用于提高衬底表面的亲水性。经过plamsa预处理30分钟的透明玻璃基底，放置在匀胶机支撑架中心。将PEDOT:PSS:CNTs滴在玻璃基底上，旋涂制备厚度为75 nm的透明导电薄膜。在120°C条件下热退火20分钟，待冷却后分别通过紫外可见分光光度计和四点探针测试仪测试透明电极的透光率和导电特性。如图2所示为薄膜的透光性。薄膜的平均方块电阻为40.51 Ω sq-l。 实施例2。 采用如实施例1 一样条件的酸化碳纳米管制备的PEDOT:PSS:CNTs导电墨水。通过深圳市善营自动化设备有限公司的GTB150B-0602E多功能涂布机，进行涂布。在宽度为12 cm基材上均匀涂布五条宽度为I cm的电极薄膜。滚轮张力控制在30-40N。通过控制滚轮速度与走带速度的涂速比控制薄膜的厚度。实验设定涂速比为1.1。采用将经过超声30分钟以上的PEDOT:PSS:CNTs导电墨水放入凹版印刷墨槽内，设定好预设的涂速比与辊轮张力后，开启机器进行涂布即可。涂布的工艺包括，放卷单元，基材清洗，电晕处理，干燥单元，涂布单元，以及后退火干燥单元和收卷单元。所述清洗单元采用丙酮溶剂进行清洗。干燥单元为热红外烘干。后退火干燥温度为130°C。经过整个卷对卷涂布流程后，薄膜厚度为150 nm。通过紫外可见分光光度计和四点探针测试仪测试透明电极的透过性和导电特性。如图3所示为薄膜的透光性。薄膜的平均方块电阻为17 Ω Sq'【权利要求】1.一种碳基复合透明电极，由透明衬底和透明导电薄膜层构成，其特征所述的透明导电薄膜为功能化碳材料掺杂PEDOT:PSS水溶液，掺杂浓度为质量百分比浓度0.3-1.0% ； 所述的功能化碳材料为酸化碳纳米管、酸化石墨烯、磺化碳纳米管或磺化石墨烯中的一种； 所述的透明衬底采用透明玻璃衬底或柔性聚合物衬底。2.根据权利要求1所述的碳基复合透明电极，其特征是所述的透明导电薄膜厚度为70nm-200 nm03.权利要求1所述的碳基复合透明电极的制备方法，其特征是透明导电薄膜的制备为小面积旋涂或大面积柔性印刷。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳基复合透明电极，由透明衬底和透明导电薄膜层构成，其特征所述的透明导电薄膜为功能化碳材料掺杂PEDOT:PSS水溶液，掺杂浓度为质量百分比浓度0.3‑1.0%；所述的功能化碳材料为酸化碳纳米管、酸化石墨烯、磺化碳纳米管或磺化石墨烯中的一种；所述的透明衬底采用透明玻璃衬底或柔性聚合物衬底。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈义旺，谌烈，胡笑添，吉婷，谈利承，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36