包括导电聚合物的水性组合物及其用途制造技术

一种水性组合物，包括：相对于该水性组合物的总重量，0.5重量％至5重量％、优选1重量％至4重量％的至少一种导电聚合物；相对于该至少一种导电聚合物的总重量，1重量％至100重量％、优选2重量％至10重量％、更优选15重量％至50重量％的至少一种纤维素醚。该水性组合物在多种技术(诸如，例如，丝网印刷、凹版印刷、柔版印刷、喷涂、槽模涂布、旋涂、喷墨打印)中可有利地用作可印刷墨或可印刷浆。优选地，该水性组合物可有利地用作用于丝网印刷的可印刷浆。更具体地，该水性组合物可用于电子有机导电层的制备，甚至更具体地用于光伏电池(或太阳能电池)、可印刷电子器件、有机发光二极管(OLED)、触摸屏、抗静电涂层中使用的电子有机导电层的制备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括导电聚合物的水性组合物及其用途
本专利技术涉及包括导电聚合物的水性组合物。更具体地，本专利技术涉及包括至少一种导电聚合物和至少一种纤维素醚的水性组合物。该水性组合物在多种技术(诸如，例如，丝网印刷、凹版印刷、柔版印刷、喷涂、槽模涂布(slotdiecoating，或称为狭缝式模具涂布)、旋涂、喷墨打印)中可有利地用作可印刷墨或可印刷浆。优选地，所述水性组合物可有利地用作用于丝网印刷的可印刷浆。更具体地，所述水性组合物可用于制备电子有机导电层，甚至更具体地用于制备用于光伏电池(或太阳能电池)、可印刷电子器件、有机发光二极管(OLED)、触摸屏、抗静电涂层的电子有机导电层。本专利技术进一步涉及包含包括至少一种导电聚合物和至少一种纤维素醚的水性组合物的可印刷墨或可印刷浆，优选可印刷浆。本专利技术进一步涉及包括至少一种导电聚合物和至少一种纤维素醚的水性组合物用于制备电子有机导电层(甚至更具体地用于制备用于光伏电池(或太阳能电池)、可印刷电子器件、有机发光二极管(OLED)、触摸屏、抗静电涂层的电子有机导电层)的用途。
技术介绍
在最简单的操作模式中，有机、直连结构(direct-architecture，或称为正置结构)光伏电池(或太阳能电池)通过在两个电极之间引入至少一种电子受体化合物[例如，PC61BM(6,6-苯基-C61-丁酸甲酯)或PC71BM(6,6-苯基-C71-丁酸甲酯)]和至少一种电子给体化合物[例如，选自聚噻吩类、聚咔唑类、聚(噻吩并噻吩)苯并二噻吩(PTB)的衍生物]的混合物的薄层(例如100nm–150nm)来制造(称为“本体异质结”的结构)，两个电极通常由氧化铟锡(ITO)(阳极)[在具有倒置结构(reversedarchitecture)的光伏电池(或太阳能电池)的情况下，阳极可由银组成]和铝(Al)或银(Ag)(阴极)组成。通常，为了实现这种类型的层的目的，制备两种化合物的溶液，并且随后，从该溶液开始，使用合适的沉积技术(诸如，例如，旋涂、喷涂、喷墨打印等)在阳极[例如，氧化铟锡(ITO)]上产生光活性层。最后，在干燥的层上，沉积对电极[即，铝(Al)或银(Ag)阴极]。为了确保光伏电池(或太阳能电池)的更好的性能，电极与光活性层之间可引入附加层(也称为中间层或缓冲层)用于执行特定的电学、光学、或机械功能。作为结果，通常，为了帮助电子空穴到达阳极[通常，氧化铟锡(ITO)或银]并且同时为了阻止电子被输送的目的，因此改进通过电极的电荷捕获并且抑制复合现象，在由如上文描述的受体化合物和给体化合物的混合物产生光活性层之前，使用适当的涂布或印刷技术(诸如，例如，旋涂、喷涂、喷墨打印、丝网印刷等)，从基于PEDOT:PSS[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-polystyrenesulphonate，聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐，或称为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐–为了简化的目的本申请中仅仅被称为PEDOT:PSS]的水性悬浮液产生有机导电层。用于制造光伏电池(或太阳能电池)的多种沉积技术的另外细节可在，例如，在F.C.Krebs评论“Fabricationandprocessingofpolymersolarcells:Areviewofprintingandcoatingtechniques”，“SolarEnergyMaterials&SolarCells”(2009)，第93卷，第394-412页中找到。该导电有机层，在光伏电池(或太阳能电池)中具有很多功能，并且，在任何情况下，必须具有良好的电导率，在没有连续性溶液的情况下被沉积或印刷且在沉积或印刷结束时不能显示出缺陷。实际上，在其他条件相同的情况下，良好的电导率值及其保持确保其中使用光伏电池(或太阳能电池)的光伏装置(或太阳能装置)的良好性能，这是因为该光伏装置(或太阳能装置)中生成的电流和电压的电阻损耗被最小化。此外，当基于PEDOT:PSS的导电有机层的厚度大(即，大于50nm–100nm)时，或当PEDOT:PSS本身代替其他导电材料(诸如银、铝等)或与其他导电材料(诸如银、铝等)结合用作电极时(任选地纳米分散的，或具有诸如网格、指状、汇流条的多种形式的结构)，良好的电导率值被发现是非常重要的。基于PEDOT:PSS的该导电有机层的表面上的缺陷(例如，孔)的存在也需要减少，这对包含其的光伏装置(或太阳能装置)的效率和一般电参数的劣化也是重要的。进一步地，另一重要方面涉及该沉积的或印刷的导电有机层的形状和尺寸的精度，诸如，例如，在实现复杂的图形或模块的情况下。沉积或印刷的良好成功与使用的水性悬浮液的流变性特征紧密相关。具体地，如果实现用于丝网印刷的浆，可遇到与获得高粘度同时防止为了该目的引入的惰性化合物(例如，添加剂)的电荷降低获得的层的导电率的需求相关的问题。进一步地，为了增加水性悬浮液的粘度的该惰性化合物的引入通常还需要最终层的电导率的增加：作为结果，这两种作用需要被合适地平衡。前面提到的问题是光伏电池(或太阳能电池)的制造中典型的，不管这些是常规(直连结构)电池，还是具体的具有倒置结构的光伏电池(或太阳能电池)，其中该基于PEDOT:PSS的导电有机层被沉积在光活性层上方，具有通常高于常规(直连结构)光伏电池(或太阳能电池)的情况下的厚度。该基于PEDOT:PSS的导电有机层在光活性层上的沉积在文献中作为其均匀性问题(具体为作为包含水基PEDOT:PSS的墨的高表面张力和其上沉积有基于PEDOT:PSS的导电有机层的光活性层的较高疏水性的结果的孔的形成)的来源是已知的，例如，如在以下网站报道的:http://www.heraeus-clevios.com/en/technology/spin-coating-of-clevios-p.aspx。用于沉积基于PEDOT:PSS的导电有机层的可能的印刷技术报道于前面提到的F.C.Krebs评论中。最普遍的印刷技术，也就是丝网印刷、凹版印刷、柔版印刷、喷涂、槽模涂布、旋涂、喷墨打印，需要在25℃下具有在10mPa×s至104mPa×s–105mPa×s范围内的粘度的墨。对为了获得导电有机层的目的有用的墨或浆在本领域是已知的。例如，美国专利US6,358,437描述了一种丝网印刷浆，该丝网印刷浆包括包含导电聚合物和溶剂的溶液或分散液，该溶剂选自由醇类、酮类及酰胺类组成的组，该醇类、酮类及酰胺类与水至少部分可混溶；该丝网印刷浆具有在8dPas(800cP)至200dPas(20000cP)范围内的粘度，该浆包含至少2重量％的该导电聚合物。以上提到的浆据称有利地可用于制造导电涂层。美国专利US6,955,772描述了一种水性组合物，该水性组合物包含：3,4-二烷氧基噻吩的(共)聚合物，其中两个烷氧基基团可相同或不同或一起代表任选地取代的氧-亚烷基-氧桥；聚阴离子；和非-牛顿式粘结剂，其中该非-牛顿式粘结剂为聚丙烯酸酯。以上提到的水性组合物据称有利地可用于制备导电层、导电涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水性组合物，包括：/n-相对于所述水性组合物的总重量，0.5重量％至5重量％、优选1重量％至4重量％的至少一种导电聚合物；/n-相对于所述至少一种导电聚合物的总重量，1重量％至100重量％、优选2重量％至10重量％、更优选15重量％至50重量％的至少一种纤维素醚。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171025 IT 1020170001210381.一种水性组合物，包括：
-相对于所述水性组合物的总重量，0.5重量％至5重量％、优选1重量％至4重量％的至少一种导电聚合物；
-相对于所述至少一种导电聚合物的总重量，1重量％至100重量％、优选2重量％至10重量％、更优选15重量％至50重量％的至少一种纤维素醚。


2.根据权利要求1所述的水性组合物，其中所述导电聚合物选自3,4-二烷氧基噻吩的(共)聚合物，优选选自：
-包括具有通式(I)的重复单元的(共)聚合物：



其中R1和R2，相同或不同，代表氢原子；或选自C1-C4烷基基团；或者R1和R2一起代表C1-C5亚烷基基团或亚环烷基基团；或
-其中两个烷氧基基团一起代表任选地取代的氧-亚烷基-氧桥的3,4-二烷氧基噻吩的(共)聚合物，优选选自：聚(3,4-亚甲基二氧噻吩)及其衍生物、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)及其衍生物、聚(3,4-亚丙基二氧噻吩)及其衍生物、聚(3,4-亚丁基二氧噻吩)及其衍生物、或其共聚物、或其混合物；或
-其中两个烷氧基基团一起代表任选地被一个或多个基团取代的氧-亚烷基-氧桥的3,4-二烷氧基噻吩的(共)聚合物，所述一个或多个基团选自：烷基基团、烷氧基基团、烷氧基烷基基团、羧基基团、烷基磺酸酯基团、芳基磺酸酯基团、酯基团；
-其中两个烷氧基基团一起代表氧-亚烷基-氧桥的3,4-二烷氧基噻吩的(共)聚合物，其中所述亚烷基基团为任选地取代的1,2-亚乙基基团、任选地被至少一种烷基基团取代的亚甲基基团、任选地被至少一种C1-C12烷基基团取代的1,2-亚乙基基团、任选地被至少一种苯基基团取代的1,2-亚乙基基团、1,3-亚丙基基团、1,2-亚环己基基团。


3.根据权利要求2所述的水性组合物，其中所述3,4-二烷氧基噻吩的(共)聚合物为聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)。


4.根据权利要求2或3所述的水性组合物，其中所述3,4-二烷氧基噻吩的(共)聚合物与聚阴离子一起使用，所述聚阴离子选自：诸如聚(甲基)丙烯酸类、聚马来酸类的聚合羧酸类的聚阴离子；诸如聚(苯乙烯磺酸)的聚磺酸类的聚阴离子；优选地，所述聚阴离子为聚(苯乙烯磺酸)的聚阴离子或聚(苯乙烯磺酸)与苯乙烯的共聚物的聚阴离子。


5.根据权利要求1所述的水性组合物，其中所述导电聚合物为PEDOT:PSS[聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐。


6.根据前述权利要求中任一项所述的水性组合物，其中所述纤维素醚选自：烷基纤维素类，诸如甲基纤维素、乙基纤维素、丙基纤维素或其混合物；羟烷基纤维素类，诸如羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹尼·科索，
申请(专利权)人：艾尼股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT