一種碳基復(fù)合透明電極及制備方法
【專利摘要】一種碳基復(fù)合透明電極，由透明襯底和透明導(dǎo)電薄膜層構(gòu)成，其特征所述的透明導(dǎo)電薄膜為功能化碳材料摻雜PEDOT:PSS水溶液，摻雜濃度為質(zhì)量百分比濃度0.3-1.0%；所述的功能化碳材料為酸化碳納米管、酸化石墨烯、磺化碳納米管或磺化石墨烯中的一種；所述的透明襯底采用透明玻璃襯底或柔性聚合物襯底。本發(fā)明制備的碳基復(fù)合透明電極為高電導(dǎo)率以及高透光性電極材料，可取代ITO，大幅降低電極制備成本。
【專利說明】一種碳基復(fù)合透明電極及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及透明電極領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種碳基復(fù)合材料的透明電極及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球能源需求逐年增加，有機光電研宄成為世界關(guān)注的熱點課題。在此背景下，透明電極以其獨特的優(yōu)異性能引起人們的廣泛關(guān)注，為了進行工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)，必須實現(xiàn)柔性印刷制備有機光電器件。柔性大面積光電器件具有成本低廉、制備工藝簡單、可任意彎曲、質(zhì)量輕、便于攜帶、易于建筑一體化和高功率重量比的優(yōu)點。然而，基于柔性襯底的制備工藝還很不成熟，印刷電極墨水工藝落后、ITO材料昂貴造成的制作成本較高、器件性能也相對較低，限制其進一步商業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展。因此，研宄和開發(fā)可用于大面積柔性襯底的透明導(dǎo)電薄膜替代ITO成為新型透明電極，降低制作成本，成為真正聚合物薄膜太陽能電池實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。
[0003]為了替代ΙΤ0，制備更為復(fù)合柔性印刷的透明導(dǎo)電薄膜，目前的科學(xué)研宄主要集中在新型透明金屬氧化物(如:鋁摻雜的氧化鋅(AZO)、氟摻雜的氧化錫(FTO)等)、透明納米金屬材料(銀納米線、金納米粒子等、導(dǎo)電高分子碳材料(如聚(3，4-乙撐二氧噻吩):(聚苯乙烯磺酸鹽)，PEDOT: PSS)、和功能碳材料(碳納米管、石墨烯等)。
[0004]在這些材料中，AZO和FTO材料其制備工藝仍然十分復(fù)雜其耗費的成本較高，且在柔性基底上的性能較差。透明納米金屬材料的納米線節(jié)點會產(chǎn)生較大的電阻，影響薄膜的電導(dǎo)率。納米線網(wǎng)格結(jié)構(gòu)對于薄膜的柔韌性也會產(chǎn)生很大影響，降低薄膜力學(xué)穩(wěn)定性。PEDOT:PSS作為一種優(yōu)良的導(dǎo)電高分子材料被廣泛應(yīng)用在柔性透明電極中，但目前仍然存在無法避免的問題，如PED0T:PSS薄膜呈現(xiàn)一種偏藍的顏色會影響透光性能。PEDOT: PSS耐酸性、加工性不好和較低導(dǎo)電率吸濕性等缺點也不同程度限制了 PED0T:PSS導(dǎo)電薄膜的進一步發(fā)展。
[0005]碳基材料自身透光性很高、力學(xué)性能穩(wěn)定。采用碳納米管、石墨稀等碳基材料應(yīng)用柔性透明電極因其存在著富電子的η體系，具有高效的電荷傳輸路徑。為了進一步滿足大面積商業(yè)化應(yīng)用，仍需解決J1- 31堆疊效應(yīng)導(dǎo)致的墨水溶液很難實現(xiàn)高度分散，熱處理對界面層的形貌影響，導(dǎo)致載流子的傳輸通道遭到破壞兩大問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種碳基復(fù)合透明電極及制備方法。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0008]—種碳基復(fù)合透明電極，由透明襯底和透明導(dǎo)電薄膜層構(gòu)成。其特征是所述的透明導(dǎo)電薄膜為功能化碳材料摻雜PED0T:PSS[聚(3，4-乙撐二氧噻吩):(聚苯乙烯磺酸鹽)]水溶液得到。
[0009]本發(fā)明所述的功能化碳材料為酸化碳納米管CNTs、酸化石墨稀Graphene、磺化碳納米管CNTs或磺化石墨稀Graphene中的一種。
[0010]本發(fā)明所述的功能化碳材料摻雜PEDOT:PSS的過程是:將功能化碳材料分散液與PEDOT:PSS水溶液共混，然后超聲處理得到復(fù)合PED0T:PSS水溶液。其中，功能化碳材料摻雜濃度為質(zhì)量百分比濃度0.3-1.0%。
[0011 ] 本發(fā)明所述的功能化碳材料分散液是將功能化碳材料分散在極性溶劑中，其濃度為0.5 mg/ml O所述的極性溶劑為水、醇和二甲基亞砜。優(yōu)選二甲基亞砜。
[0012]本發(fā)明所述的透明襯底采用透明玻璃襯底或柔性聚合物襯底。所述的透明襯底在制膜之前表面依次經(jīng)過丙酮、洗潔精和去離子水超聲清洗以及plasma等離子體清洗。
[0013]本發(fā)明所述的透明導(dǎo)電薄膜的制備工藝為小面積旋涂或大面積柔性印刷。
[0014]本發(fā)明所述的透明導(dǎo)電薄膜厚度為70 nm-200 nm。
[0015]采用碳材料與PED0T:PSS結(jié)合制備復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜，可以有效結(jié)合二者優(yōu)點制備出高性能透明導(dǎo)電薄膜。
[0016]本發(fā)明將高度分散的碳基材料分散液摻雜PED0T:PSS水溶液，制備碳納米管(CNTs)和石墨烯(Graphene)改性的PED0T:PSS復(fù)合透明電極，實現(xiàn)高電導(dǎo)率以及高透光性電極材料，從而取代ΙΤ0，大幅降低電極制備成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的實施方案的透明電極結(jié)構(gòu)。其中，I為透明襯底，2為碳基復(fù)合透明導(dǎo)電薄膜。
[0018]圖2為本發(fā)明一個旋涂制備的小面積透明電極的透光率圖示。
[0019]圖3為本發(fā)明一個大面積柔性卷對卷工藝制備的透明電極的透光率圖示。

【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明將通過以下實施例作進一步說明。應(yīng)該理解，這樣的描述僅用于舉例說明本發(fā)明，而不用于限制。
[0021]本實施例所用的PED0T:PSS為德國賀利氏公司生產(chǎn)的Clev1s PH 1000型號PEDOT: PSS 水溶液。
[0022]實施例1。
[0023]采用在常溫經(jīng)過酸化處理的單壁碳納米管按照0.5%質(zhì)量比加入PED0T:PSSPH1000水溶液中，經(jīng)過6小時的超聲處理后待用。在薄膜沉積襯底之前，應(yīng)對基底進行預(yù)處理，目的用于提高襯底表面的親水性。經(jīng)過plamsa預(yù)處理30分鐘的透明玻璃基底，放置在勻膠機支撐架中心。將PEDOT:PSS:CNTs滴在玻璃基底上，旋涂制備厚度為75 nm的透明導(dǎo)電薄膜。在120°C條件下熱退火20分鐘，待冷卻后分別通過紫外可見分光光度計和四點探針測試儀測試透明電極的透光率和導(dǎo)電特性。如圖2所示為薄膜的透光性。薄膜的平均方塊電阻為40.51 Ω sq-l。
[0024]實施例2。
[0025]采用如實施例1 一樣條件的酸化碳納米管制備的PEDOT:PSS:CNTs導(dǎo)電墨水。通過深圳市善營自動化設(shè)備有限公司的GTB150B-0602E多功能涂布機，進行涂布。在寬度為12 cm基材上均勻涂布五條寬度為I cm的電極薄膜。滾輪張力控制在30-40N。通過控制滾輪速度與走帶速度的涂速比控制薄膜的厚度。實驗設(shè)定涂速比為1.1。采用將經(jīng)過超聲30分鐘以上的PEDOT:PSS:CNTs導(dǎo)電墨水放入凹版印刷墨槽內(nèi)，設(shè)定好預(yù)設(shè)的涂速比與輥輪張力后，開啟機器進行涂布即可。涂布的工藝包括，放卷單元，基材清洗，電暈處理，干燥單元，涂布單元，以及后退火干燥單元和收卷單元。所述清洗單元采用丙酮溶劑進行清洗。干燥單元為熱紅外烘干。后退火干燥溫度為130°C。經(jīng)過整個卷對卷涂布流程后，薄膜厚度為150 nm。通過紫外可見分光光度計和四點探針測試儀測試透明電極的透過性和導(dǎo)電特性。如圖3所示為薄膜的透光性。薄膜的平均方塊電阻為17 Ω Sq'
【權(quán)利要求】
1.一種碳基復(fù)合透明電極，由透明襯底和透明導(dǎo)電薄膜層構(gòu)成，其特征所述的透明導(dǎo)電薄膜為功能化碳材料摻雜PEDOT:PSS水溶液，摻雜濃度為質(zhì)量百分比濃度0.3-1.0% ； 所述的功能化碳材料為酸化碳納米管、酸化石墨烯、磺化碳納米管或磺化石墨烯中的一種； 所述的透明襯底采用透明玻璃襯底或柔性聚合物襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳基復(fù)合透明電極，其特征是所述的透明導(dǎo)電薄膜厚度為70nm-200 nm0
3.權(quán)利要求1所述的碳基復(fù)合透明電極的制備方法，其特征是透明導(dǎo)電薄膜的制備為小面積旋涂或大面積柔性印刷。
【文檔編號】H01L51/46GK104465993SQ201410587978
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】陳義旺, 諶烈, 胡笑添, 吉婷, 談利承 申請人:南昌大學(xué)