一種自支撐pedot-pss薄膜及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料制備及加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種自支撐PEDOT-PSS薄 膜及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著能源危機(jī)的日益加重，能量轉(zhuǎn)換及能量存儲(chǔ)等光電子器件越來(lái)越受 到人們的關(guān)注。在能量轉(zhuǎn)換器件方面，有機(jī)太陽(yáng)能電池W其清潔、廉價(jià)、可再生、柔性等優(yōu)越 性，受到科學(xué)家的青睞。在能量存儲(chǔ)方面，超級(jí)電容器由于具有充電時(shí)間短、功率密度高、庫(kù) 侖效率高及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。而目前光電子器件制作過(guò)程中設(shè)及到金 屬電極的空氣穩(wěn)定性、非柔性及真空過(guò)程的高成本等，因此具有較好空氣穩(wěn)定性、高導(dǎo)電性 柔性電極的開(kāi)發(fā)迫在眉睫。
[0003] 導(dǎo)電高分子由于具有較高的電導(dǎo)率、較好的空氣穩(wěn)定性及柔性等優(yōu)點(diǎn)，被人們認(rèn) 為是取代金屬電極的理想選擇。其中，產(chǎn)品化的導(dǎo)電聚合物PEDOT-PSS溶液的固相含量 為0.6%~5.0%，陽(yáng)DOT與PSS的質(zhì)量比為5:8~1:20,其中，陽(yáng)DOT為邸0T(3,4-乙撐 二氧嚷吩單體）的聚合物，PSS為聚苯乙締橫酸鹽，為提高P邸OT的溶解性而添加在溶液 中。陽(yáng)DOT-PSS溶液具有較高的電導(dǎo)率、可溶液加工性能、高透光率及熱穩(wěn)定性，且配方多 樣（如固含量為1. 0%~1. 3%、P邸OT與PSS質(zhì)量比為2:5的？化000,固含量為1. 3%~ 1.7%，陽(yáng)DOT與PSS質(zhì)量比為1:6的PVP AI4083)，可滿足不同類型器件的要求，因而倍受 青睞。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中的自支撐陽(yáng)DOT-PSS薄膜，通常直接利用陽(yáng)DOT-PSS水溶液平鋪或者 旋涂制備獲得，如專利文獻(xiàn)CN104934140。運(yùn)樣制備得到的薄膜厚度通常為納米級(jí)，其機(jī)械 性能較差；而且只能利用乙二醇和甲酸對(duì)PEDOT-PSS溶液進(jìn)行滲雜來(lái)提高薄膜的電導(dǎo)率， 其效果也非常有限；利用上述方法制備得到的薄膜的方塊電阻為170 Q /sq~213 Q /sq，也 相對(duì)較高從而僅能滿足一般性的需求。如果將大面積的薄膜應(yīng)用于太陽(yáng)能電池，會(huì)嚴(yán)重影 響電池的功率輸出，不能滿足制備大面積有機(jī)太陽(yáng)能電池的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的W上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種PEDOT-PSS薄膜及其制 備方法，其目的在于通過(guò)把PEDOT-PSS溶液加工成膠體，由此解決傳統(tǒng)的PEDOT-PSS薄膜厚 度薄，電導(dǎo)率低，適應(yīng)性差的問(wèn)題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種自支撐陽(yáng)DOT-PSS薄膜，包 括質(zhì)量比為3:7~15:2的陽(yáng)DOT (聚3,4-乙撐二氧嚷吩）W及PSS (聚苯乙締橫酸鹽），所 述陽(yáng)DOT-PSS薄膜的厚度為1 ym~50ym，方塊電阻為0. lOQ/sq~120Q/sq，電導(dǎo)率為 210S/cm ~182了S/cm。
[0007] 優(yōu)選地，所述陽(yáng)DOT-PSS薄膜的方塊電阻為0. 10 Q /sq~5 Q /sq，電導(dǎo)率為 l]40S/cm ~182了S/cm。
[0008] 按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種陽(yáng)DOT-PSS薄膜的制備方法，包括W下步 驟： W09] (1)將陽(yáng)DOT-PSS溶液滴加于酸溶液中，使得陽(yáng)DOT-PSS固體析出，同時(shí)去 除PEDOT-PSS溶液中的部分PSS ;所述酸溶液中H+的濃度大于等于0. 2M ;其中，所述 陽(yáng)DOT-PSS溶液的固相含量為0. 6%~5. 0%，其中陽(yáng)DOT與PSS的質(zhì)量比為1:20~5:8。 [0010] (2)將所述陽(yáng)DOT-PSS固體攬碎直至形成均勻的陽(yáng)DOT-PSS膠體，并向其中混合體 積為所述PEDOT-PSS固體的0倍~10倍的水； W11] 做將所述步驟似得到的PEDOT-PSS膠體通過(guò)抽濾或者平鋪除去所述 陽(yáng)DOT-PSS膠體中的水分，得到所述PEDOT-PSS薄膜，所述PEDOT-PSS薄膜的厚度為1 y m~ 50 Ji m。
[0012] 優(yōu)選地，所述陽(yáng)DOT-PSS溶液中，P邸OT與PSS的質(zhì)量比為2:5~5:8。
[0013] 優(yōu)選地，所述步驟（3)具體為，將所述PEDOT-PSS膠體平鋪于濾膜表面，抽濾除去 所述PEDOT-PSS膠體中的部分水分得到薄膜，然后完全干燥后得到所述PEDOT-PSS薄膜；所 述濾膜的孔徑小于0.5 ym。
[0014] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟（3)具體為，將所述陽(yáng)DOT-PSS膠體平鋪于所述濾膜 表面，該濾膜為下濾膜；接著，在所述PEDOT-PSS膠體的上表面覆蓋上濾膜，抽濾除去所述 陽(yáng)DOT-PSS膠體中的水分，抽濾除去所述PEDOT-PSS膠體中的部分水分得到薄膜，然后完全 干燥后得到所述陽(yáng)DOT-PSS薄膜。
[0015] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述步驟（3)中，抽濾除去所述PEDOT-PSS膠體中的水分的 同時(shí)，對(duì)上濾膜施加IkPa~IOkPa的壓強(qiáng)。
[0016] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述步驟（3)之后還包括：用有機(jī)溶劑或者濃硫酸將濾膜 溶解；其中，水系濾膜用有機(jī)溶劑溶解IOmin W上，有機(jī)濾膜用濃硫酸溶解15min W上。
[0017] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述有機(jī)溶劑為丙酬。
[0018] 優(yōu)選地，所述步驟（3)具體為，將所述PEDOT-PSS膠體平鋪于光滑襯底表面， 50°C~120°C加熱直至所述陽(yáng)DOT-PSS膠體中的水分完全揮發(fā)，得到所述陽(yáng)DOT-PSS薄膜。
[0019] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟（3)具體為，將所述PEDOT-PSS膠體平鋪于光滑襯底 表面，50°C~120°C加熱直至所述陽(yáng)DOT-PSS膠體中的水分完全揮發(fā)，然后重復(fù)W上步驟， 直至得到所需厚度的PEDOT-PSS薄膜。
[0020] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟（3)中加熱所需的時(shí)間為IOmin~60min。
[0021] 優(yōu)選地，在所述步驟（2)中，所述攬碎所用的轉(zhuǎn)速為60化pm/min~3000巧m/min， 所述攬碎所需的時(shí)間為Ih~化。
[0022] 優(yōu)選地，在所述步驟（2)中，所述水的體積為所述陽(yáng)DOT-PSS固體的0. 5倍~5倍。 [002引優(yōu)選地，在步驟做之后還包括步驟（4):將所述陽(yáng)DOT-PSS薄膜在酸溶液或者醇 溶液中浸泡化W上，W去除所述PEDOT-PSS薄膜中的部分PSS，所述酸溶液或者醇溶液的濃 度大于等于8M。
[0024] 作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在所述步驟（4)中，所述酸為濃硫酸，所述浸泡所用的時(shí)間為 IOh~4她。 陽(yáng)0巧]優(yōu)選地，在步驟（3)之后還還包括步驟（4'）：對(duì)所述陽(yáng)DOT-PSS薄膜施加3000化 W上的壓強(qiáng)，直至所述陽(yáng)DOT-PSS薄膜平整。 陽(yáng)0%] 作為進(jìn)一步優(yōu)選的，在所述步驟（4'）中，對(duì)所述陽(yáng)DOT-PSS薄膜施加3000化W上 的壓強(qiáng)，并保持比~化直至所述陽(yáng)DOT-PSS薄膜平整。
[0027] 按照本發(fā)明的另一方面，還提供了上述陽(yáng)DOT-PSS薄膜在光電子器件的電極上的 應(yīng)用。
[0028] 優(yōu)選地，所述光電子器件為有機(jī)發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池或者超級(jí)電容器。
[0029] 總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的W上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于利用 陽(yáng)DOT-PSS溶液轉(zhuǎn)化為膠體，再進(jìn)一步制備出PEDOT-PSS薄膜，能夠取得下列有益效果：
[0030] 1、不同于現(xiàn)有技術(shù)中直接利用陽(yáng)DOT-PSS溶液得到薄膜，而是通過(guò)把陽(yáng)DOT-PSS 溶液轉(zhuǎn)化為膠體，再進(jìn)一步制備出薄膜，可W制備出厚度高達(dá)1ym~50ym的薄膜，該薄膜 機(jī)械性能更強(qiáng)，自支撐性更好，其方塊電阻為0. 10Q/sq~120Q/sq，電導(dǎo)率為210S/cm~ 1827S/cm，適用于電容器和太陽(yáng)能電池；
[0031] 2、由于PEDOT-PSS薄膜的機(jī)械性能更強(qiáng)，不會(huì)由于浸泡在液體中而破損，從而能 通過(guò)浸泡酸溶液或者醇溶液，而將陽(yáng)DOT-PSS薄膜的方塊電阻降低至0. 10Q/sq~5Q/sq， 電導(dǎo)率提高至1340S/cm~1827S/cm;
[0032] 3、首先通過(guò)在酸溶液中析出陽(yáng)DOT-PSS膠體而去除部分PSS，又優(yōu)選通過(guò)將制備 得到的薄膜浸泡酸溶液或者醇溶液來(lái)進(jìn)一步去除PSS，使得制備得到的薄膜中，陽(yáng)DOTW及 PSS的質(zhì)量比為3:7~15:2 (PSS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11. 9%~70.6% )，具有較低比例的PSS而 使得薄膜的電導(dǎo)率升高，方塊電阻降低，從而擁有更優(yōu)的導(dǎo)電性能；
[0033] 4、將本發(fā)明制備的PEDOT-PSS薄膜應(yīng)用于柔性固態(tài)超級(jí)電容器中時(shí)，電容器具 有較好的電容和較高的能量密度；當(dāng)本發(fā)明制備的PEDOT-PSS薄膜作為有機(jī)太陽(yáng)能電池 中的頂電極時(shí)，太陽(yáng)能電池的器件性能達(dá)到了蒸鍛金屬Ag作為頂電極的效果；證實(shí)該 陽(yáng)DOT-PSS薄膜在光電子器件的電極上有較好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施步驟；
[0035] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的XPS衍射圖譜；
[0036] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例10制備的超級(jí)電容器不同充放電條件下的電容值；
[0037] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例11和對(duì)比例制備的太陽(yáng)能電池的電流電壓曲線。
【具體實(shí)施方式】
[003引為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0039] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種自支撐陽(yáng)DOT-PSS薄膜，包 括質(zhì)量比為3:7~15:2的陽(yáng)DOTW及PSS，所述陽(yáng)DOT-PSS薄膜的厚度為1ym~50ym， 方塊電阻為0. 10Q/sq~120Q/sq，電導(dǎo)率為210S/cm~1827S/cm。該陽(yáng)DOT-PSS薄膜可 應(yīng)用于制備光電子器件，如有機(jī)發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池或者超級(jí)電容器