一种溶剂交换制备醇相导电聚合物、方法及应用技术

本发明专利技术涉及溶剂交换制备醇相导电聚合物、方法及应用，属于光电材料技术领域。将聚乙烯二氧噻吩与对阴离子的水溶液装入半透膜袋中，并将所述半透膜袋浸泡于第一醇溶剂中，使得水溶剂从半透膜袋中渗出，而第一醇溶剂则渗透进入半透膜袋中，从而实现溶剂交换；再向半透膜袋中加入第二醇溶剂和对阴离子，使所述聚乙烯二氧噻吩均匀分散同时改性，即得到所述醇相导电聚合物。本发明专利技术的醇相导电聚合物适用于不同结构的有机太阳能电池，该醇相导电聚合物能够有效地作为器件阳极使用而不需引入额外的阳极界面修饰层。本配方其他应用领域有防静电涂料、发光二极管、温差热电材料等。温差热电材料等。温差热电材料等。

【技术实现步骤摘要】
一种溶剂交换制备醇相导电聚合物、方法及应用


[0001]本专利技术属于光电材料
，更具体地，涉及溶剂交换制备醇相导电聚合物、方法及应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着光电信息技术的高速发展，光电子器件逐渐成为人们的研究热点。在光电器件中，最常用的顶电极为热蒸镀金属电极(金、银、铝等)，金属电极需要在真空条件下热沉积，对设备要求高且难以实现大规模生产。为了实现光电器件大规模印刷生产，开发可溶液加工电极成为关注的热点。高性能的可溶液加工电极需具备高电导率、低表面能及可调节的功函数的性质。目前，常见的可溶液加工电极材料有：金属纳米线(金、银等)、液体金属(铟镓合金等)及导电高分子等。其中，金属纳米线具有良好的光电性能，但薄膜粗糙度高，不利于后续器件功能层的制备。液体金属电导率高，但是难以在有机薄膜表面浸润。
[0003]导电聚合物聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)(PEDOT)具有高电导率，通过合成过程中引入对阴离子，如聚苯乙烯磺酸(PSS)、全氟磺酸聚合物(PFSA)等，可使其分散在溶液中，实现可溶液加工。PEDOT:对阴离子水溶液具有功函、透光率可调、表面粗糙度小的特性，可广泛应用于光电器件收集、注入载流子，防静电涂层，热电材料等领域。由德国贺利氏(Heraeus)和比利时爱克发(Agfa)公司等开发PEDOT:PSS水溶液已成功商业化。然而，PEDOT:PSS水分散液表面能高，在疏水的薄膜表面难以成膜。另外，PEDOT:PSS功函数较低，当PEDOT:PSS电极作为阳极时，往往需要界面材料来修饰电极。目前，具有良好浸润性、高功函数的一体式可印刷电极较为缺乏，亟需开发工艺简单适合商业化大规模生产的一体式醇相电极的制备配方。
[0004]在公开号为CN114316223A的专利技术专利中，公开了一种用全氟磺酸聚合物作为对阴离子新型的导电聚乙烯二氧噻吩醇分散液，可应用于太阳能电池的空穴传输层、发光二极管、抗静电涂层、电致变色、热电材料以及生物电子等领域。此专利对阴离子的选取局限于全氟磺酸聚合物一种，由于其在乙醇的溶解性要优于在其他溶剂中的溶解性，因此当制备其他如丁醇，二甲基亚砜等溶剂的作为PEDOT的分散液时，全氟磺酸聚合物(PFSA)对阴离子并不是最优选择。在本专利技术中，可以在渗析交换前选择一种PEDOT:对阴离子溶液，在渗析交换后通过后处理再引入第二种及二种以上的对阴离子，来提高PEDOT在不同溶剂中的分散性，同时后处理也可对其电导率、功函数进行改性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足及改进需求，本专利技术提供了一种溶剂交换制备醇相导电聚合物的方法，其通过将水相PEDOT:对阴离子溶液装入半透膜中并将其浸泡在醇中，利用半透膜的选择透过性，实现溶剂交换，并通过后处理(加入其他对阴离子和醇)得到高电导功函可调的PEDOT醇溶液。用此醇相导电聚合物制备的电极，在各种界面上具有良好浸润性，无需额外增加阳极界面修饰层，能够很好的适用于各种光电器件中，由此解决了现阶段光电
器件中可溶液制备的高功函电极欠缺的问题。
[0006]根据本专利技术第一方面，提供了一种溶剂交换制备醇相导电聚合物的方法，包括以下步骤：
[0007](1)将聚乙烯二氧噻吩与对阴离子的水溶液装入半透膜袋中，并将所述半透膜袋浸泡于第一醇溶剂中，由于水溶剂和第一醇溶剂的极性差，使得水溶剂从半透膜袋中渗出，而第一醇溶剂则渗透进入半透膜袋中，从而实现溶剂交换；
[0008](2)向半透膜袋中加入第二醇溶剂，使所述聚乙烯二氧噻吩均匀分散，即得到所述醇相导电聚合物。
[0009]优选地，所述对阴离子为聚苯乙烯磺酸、高氟磺酸离子聚合物、磺化聚酰胺酸、烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸盐和聚苯乙烯磺酸钠中的至少一种。
[0010]优选地，步骤(2)中，加入第二醇溶剂之后，还包括加入半透膜袋中不具有的其它种类的对阴离子。
[0011]优选地，所述水溶液中，聚乙烯二氧噻吩与对阴离子的物质的量之比为1:(2.5
‑
30)。
[0012]优选地，步骤(1)中所述的第一醇溶剂和步骤(2)中所述的第二醇溶剂各自独立地选自C1
‑
C10的脂肪醇、脂环醇或者芳香醇。
[0013]根据本专利技术另一方面，提供了任意一项方法制备得到的醇相导电聚合物。
[0014]根据本专利技术另一方面，提供了所述醇相导电聚合物用于制备薄膜的应用。
[0015]根据本专利技术另一方面，提供了所述应用得到的薄膜。
[0016]优选地，所述薄膜的电导率为10
‑4‑
103S cm
‑1，功函数为4.1
‑
5.4eV。
[0017]根据本专利技术另一方面，提供了所述薄膜的应用，具体为在太阳能电池电极、太阳能电池空穴传输层、防静电薄膜、热电器件或发光二极管中的应用。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0019](1)本专利技术将导电聚乙烯二氧噻吩水分散液(PEDOT:对阴离子)水溶液装入半透膜中浸泡于醇溶剂中渗透。由于水溶剂和醇溶剂的极性差，使得不同溶剂通过半透膜的速度不同，从而实现PEDOT:对阴离子的溶剂交换。另外，通过引入二种及二种以上的对阴离子，可调节PEDOT:对阴离子醇溶液的功函数，从而实现高功函数、高电导率的PEDOT:对阴离子醇分散液。用此醇相导电聚合物制备的电极，在各种界面上具有良好浸润性，无需额外增加阳极界面修饰层，能够很好的适用于各种光电器件中，由此解决了现阶段光电器件中可溶液制备的高功函阳极欠缺的问题。
[0020](2)所得到的醇相PEDOT电极，浸润性好，功函数可调(4.1
‑
5.4eV)，制备的醇相导电聚合物制备的薄膜电导率范围10
‑4‑
103S cm
‑1。本专利技术的醇相导电聚合物适用于不同结构的有机太阳能电池，该醇相导电聚合物能够有效地作为器件阳极使用而不需引入额外的阳极界面修饰层。本专利技术制备得到的醇相导电聚合物其他应用领域有防静电涂料、发光二极管、温差热电材料等。
[0021](3)本专利技术提供的溶剂交换策略制备醇相导电聚合物配方克服了传统商业化的PEDOT:对阴离子水溶液涂覆在疏水表面不浸润的问题。醇分散液具有较小的表面张力，能够在任意表面涂布加工制备成均匀的导电薄膜。
[0022](4)本专利技术提供的溶剂交换策略工艺简单，直接对水相PEDOT:对阴离子进行渗透处理，即可实现溶剂交换，得到各种溶剂的导电溶液，制备过程对大型设备、真空度无依赖性。
[0023](5)本专利技术提供的溶剂交换策略制备醇相导电聚合物，可通过控制渗透时间和待交换溶剂的体积来控制渗透速率以实现导电溶液配方醇含量的调控。
[0024](6)由于不同对阴离子的加入，引入了高偶极性的共价键，在溶液成膜时，在膜表面形成偶极子，使得PEDOT:对阴离子分散液的功函数增高。在太阳能电池的制备中，较高的功函本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种溶剂交换制备醇相导电聚合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将聚乙烯二氧噻吩与对阴离子的水溶液装入半透膜袋中，并将所述半透膜袋浸泡于第一醇溶剂中，由于水溶剂和第一醇溶剂的极性差，使得水溶剂从半透膜袋中渗出，而第一醇溶剂则渗透进入半透膜袋中，从而实现溶剂交换；(2)向半透膜袋中加入第二醇溶剂，使所述聚乙烯二氧噻吩均匀分散，即得到所述醇相导电聚合物。2.如权利要求1所述的溶剂交换制备醇相导电聚合物的方法，其特征在于，所述对阴离子为聚苯乙烯磺酸、高氟磺酸离子聚合物、磺化聚酰胺酸、烷基苯磺酸钠、脂肪醇硫酸盐和聚苯乙烯磺酸钠中的至少一种。3.如权利要求1或2所述的溶剂交换制备醇相导电聚合物的方法，其特征在于，步骤(2)中，加入第二醇溶剂之后，还包括加入半透膜袋中不具有的其它种类的对阴离子。4.如权利要求1所述的溶剂交换制备醇相导电聚合物的方法，其特征在于，所述水溶液中，聚乙烯二氧噻吩与对...

【专利技术属性】
技术研发人员：周印华，周先敏，董馨韵，蒋友宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：