一种具有改性PEDOT:PSS保护层的金属网格透明电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有改性PEDOT:PSS保护层的金属网格透明电极及其制备方法，属于金属网格透明电极技术领域。该方法是用含NH2

A Metal Mesh Transparent Electrode with Modified PEDOT:PSS Protective Layer and Its Preparation Method

The invention discloses a metal grid transparent electrode with a modified PEDOT: PSS protective layer and a preparation method thereof, belonging to the technical field of metal grid transparent electrode. This method is based on NH2.

【技术实现步骤摘要】
一种具有改性PEDOT:PSS保护层的金属网格透明电极及其制备方法
本专利技术涉及一种具有改性PEDOT:PSS保护层的金属网格透明电极及其制备方法，属于金属网格透明电极

技术介绍
透明电极是现代电子制造工业中不可或缺的重要组件，要求其具有很好的导电性和透明性，应用于电子器件上，可阻断对人体有害的电子辐射、紫外线及远红外线，从而有效减少电子产品对人体的伤害。其应用范围涵盖了显示面板、太阳能电池、发光二极管及各类传感器等诸多领域。金属材料内部含有大量的自由电子，因此大部分金属都是很好的导电材料，采用金属网络制备透明电极可以保证低的面电阻，但是金属在可见光范围内不透光，所以需要对其进行某种处理提高透光率以用于透明电极领域。采用网格化的纳米金属结构，在这种结构中，网格内部的空隙处可以透光，金属部分不透光。在此结构中，金属所占网格结构的面积比即决定了薄膜材料的整体透光率，由于金属线为纳米级别，则可保证薄膜的透光率满足使用要求。而在现有金属网格透明电极的使用过程中，它容易与空气中的氧气、水蒸气等物质接触而产生劣化。为了增加金属网格透明电极的长期使用稳定性，需要对其进行一定的处理。因此金属网格透明电极的结构普遍会分为基材，导电层和保护层，自下而上依次为基材、导电层和导电镀层。金属网格透明电极结构对基材的要求取决于电极的应用环境而不同，一般没有要求，可以为玻璃或柔性塑料材料。柔性塑料材料可以为但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯树脂(PC)、聚丙烯树脂等。导电层采用树脂基铝粉导电浆料、银粉导电浆料、铜粉导电浆料、镍粉导电浆料的固化涂层的一种或多种或者为金属网格、石墨烯浆料固化涂层、纳米金属线浆料固化涂层。在基材上制作导电金属层的制作方法为丝网印刷、凹版印刷、凸版印刷、喷墨打印、微凹涂布、挤压涂布、刮刀涂布、喷涂中的一种或多种。导电保护层在现有
中大家常用水汽阻隔层的材料为所述水汽阻隔层的材料为金属、金属氮化物或金属氧化物中的至少一种，如AZO，SnO2，Ti、Ni、Cr、NiCr等，且制备水汽阻隔层方式通常为磁控溅射，化学气相沉积等，制备工艺复杂，对导电层存在一定损伤，影响其透明度和导电性。PEDOT:PSS是一种高分子聚合物的水溶液，导电率很高，根据不同的配方，可以得到导电率不同的水溶液。其由PEDOT和PSS两种物质构成，PEDOT是EDOT(3，4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐。
技术实现思路
为解决金属网格透明电极容易与空气中的氧气、水蒸气等物质接触而产生劣化以及金属网格透明电极稳定性不好的问题，本专利技术提供了一种具有改性PEDOT:PSS保护层的金属网格透明电极及其制备方法，该方法不仅能够保护金属网格透明电极免受氧气、水蒸气等物质接触而产生劣化，而且还能够增加透明电极的稳定性，采用的技术方案如下：本专利技术的目的在于提供一种具有改性PEDOT:PSS保护层的金属网格透明电极的制备方法，该方法包括如下步骤：1)用含NH2+和NH3+基团的强碱性溶液将pH值为1.5-2.5的PEDOT:PSS水溶液中和至pH值为7.0-7.5，得pH值为7.0-7.5的PEDOT:PSS水溶液；2)对pH值为7.0-7.5的PEDOT:PSS水溶液进行掺杂处理，获得改性PEDOT:PSS水溶液；3)以金属网格透明电极做基底，将改性PEDOT:PSS水溶液涂覆到金属网格透明电极上，经过烘干处理后，在金属网格透明电极上形成均匀的改性PEDOT:PSS薄膜作为保护层。优选地，步骤1)所述含NH2+和NH3+基团的强碱性溶液为胍溶液。优选地，步骤2)所述掺杂处理是向pH值为7.0-7.5的PEDOT:PSS水溶液中掺杂二甲基亚砜。优选地，所述二甲基亚砜在pH值为7.0-7.5的PEDOT:PSS水溶液中的体积浓度为1％-5％。优选地，所述二甲基亚砜在pH值为7.0-7.5的PEDOT:PSS水溶液中的体积浓度为4％。该条件下获得的改性PEDOT:PSS水溶液涂覆到金属网格透明电极上获得的改性PEDOT:PSS薄膜的电导率最高。优选地，步骤3)所述烘干处理的条件为：温度为80℃-140℃；时间为10min-30min。优选地，步骤3)所述涂覆的方式为旋涂，喷涂，挤压涂布或刮刀涂布。优选地，步骤3)所述金属网格透明电极为银纳米线透明电极。优选地，步骤3)所述金属网格透明电极的基材为玻璃或柔性塑料材料。其中：金属网格透明电极结构对基材的要求取决于电极的应用环境而不同，一般没有要求，可以为玻璃或柔性塑料材料。柔性塑料材料可以为但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯树脂(PC)、聚丙烯树脂等。以上任意一项所述制备方法制得的具有改性PEDOT:PSS保护层的金属网格透明电极。本专利技术为了提高金属网格透明电极的导电性和抗劣化可靠性，设计了一种金属网格透明电极的改性PEDOT:PSS防护层的制备方法，传统的PEDOT:PSS(PH4083)是pH值为1.5-2.5的强酸性水溶液，由于PSS分子上的SO3H基团的存在会释放H+，因此本专利技术中以使用含NH2+和NH3+基团的强碱性溶液，如胍溶液，中和PEDOT:PSS(PH4083)水溶液，以胍溶液为例，pH值为7.0-7.5的PEDOT:PSS水溶液形成示意图如附图1所示，含有NH2+和NH3+基团的胍水显强碱性，将PEDOT:PSS(PH4083)水溶液与胍溶液混合可以得到pH值为7.0-7.5的PEDOT:PSS水溶液，此外由于胍中的NH2+基团会与SO3-基团结合，pH值为7.0-7.5的PEDOT:PSS的导电薄膜的吸水性也会得到改善。为了提高PEDOT:PSS水溶液的导电性，我们采用向PEDOT:PSS水溶液中掺杂一定体积分数的二甲基亚砜，得到导电性能最佳的PEDOT:PSS水溶液，之后在金属网格透明电极上旋涂导电高聚物PEDOT:PSS防护层，制备具有高透光率高导电性的透明电极。采用匀胶机选取合适参数进行旋涂，PEDOT:PSS防护层可以均匀的覆盖在金属网格表面，并且防护层的残留很不明显如图3(a)，可以减少对透明电极透光率的影响。涂覆后在80-140℃下烘干处理时间为10-30min后形成PEDOT:PSS防护层。在高温高湿的劣化试验条件下，透光率约为87％的银纳米线透明电极在劣化试验后所得的显微形貌。银纳米线的劣化明显慢于银纳米线电极在无防护状态下的劣化，如图2和图3。防护层PEDOT:PSS的使用还会使电极的表面粗糙度下降，同时加强了银纳米线电极的可拉伸性，导电高聚物防护层PEDOT:PSS水溶液使金属网格透明电极的长期使用可靠性得到提高。本专利技术有益效果：本专利技术为了增加金属网格透明电极的长期使用稳定性，通过在金属网格透明电极上添加改性PEDOT:PSS防护层，通对其进行整体防护的方法提高透明电极的长期使用可靠性。本专利技术在金属网格透明电极上形成的改性PEDOT:PSS防护层能够与金属网格良好的结合，一方面，改性PEDOT:PSS防护层通过阻断金属网格与空气中的氧气、水蒸气等物质直接接触而起到防护的作用；另一方面，PEDOT:PSS溶液可以促使金属网格间更良好的接触，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有改性PEDOT:PSS保护层的金属网格透明电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)用含NH2+和NH3+基团的强碱性溶液将pH值为1.5‑2.5的PEDOT:PSS水溶液中和至pH值为7.0‑7.5，得pH值为7.0‑7.5的PEDOT:PSS水溶液；2)对pH值为7.0‑7.5的PEDOT:PSS水溶液进行掺杂处理，获得改性PEDOT:PSS水溶液；3)以金属网格透明电极做基底，将改性PEDOT:PSS水溶液涂覆到金属网格透明电极上，经过烘干处理后，在金属网格透明电极上形成均匀的改性PEDOT:PSS薄膜作为保护层。

【技术特征摘要】
1.一种具有改性PEDOT:PSS保护层的金属网格透明电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)用含NH2+和NH3+基团的强碱性溶液将pH值为1.5-2.5的PEDOT:PSS水溶液中和至pH值为7.0-7.5，得pH值为7.0-7.5的PEDOT:PSS水溶液；2)对pH值为7.0-7.5的PEDOT:PSS水溶液进行掺杂处理，获得改性PEDOT:PSS水溶液；3)以金属网格透明电极做基底，将改性PEDOT:PSS水溶液涂覆到金属网格透明电极上，经过烘干处理后，在金属网格透明电极上形成均匀的改性PEDOT:PSS薄膜作为保护层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述含NH2+和NH3+基团的强碱性溶液为胍溶液。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述掺杂处理是向pH值为7.0-7.5的PEDOT:PSS水溶液中掺杂二甲基亚砜。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：张墅野，何鹏，林铁松，石志远，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23