具有高pedot含量的pedot/pss分散体在制备电容器和太阳能电池中的用图
【专利说明】具有高PEDOT含量的PEDOT/PSS分散体在制备电容器和太 阳能电池中的用途
[0001] 本发明涉及一种制备电容器的方法、可由该方法获得的电容器、一种电容器、电子 电路、电容器的用途、一种制备分散体的方法、可由该方法获得的分散体、一种制备有机太 阳能电池的方法、可由该方法获得的有机太阳能电池和分散体在制备有机太阳能电池中的 用途。
[0002] 市售电解质电容器通常由多孔金属电极、位于所述金属表面上的用作电介质的氧 化物层、引入所述多孔结构中的导电材料（通常为固体）、外部电极（触点）如银层，和其他 电触点W及包封体组成。一种常用的电解质电容器为粗电解质电容器，其阳极电极由其上 已通过阳极氧化形成有均匀的五氧化二粗介电层的阀金属粗制成（也称为"成型"）。液体 或固体电解质形成所述电容器的阴极。此外，通常还使用其阳极电极由其上通过阳极氧化 而形成有作为电介质的均匀且电绝缘氧化铅层的阀金属铅制成的铅电容器。此时，液体电 解质或固体电解质也形成所述电容器的阴极。所述铅电容器通常构造为卷绕型电容器或堆 叠型电容器。
[0003] 由于其高电导率，n共辆的聚合物特别适于作为上述电容器中的固体电解质。n 共辆的聚合物也称为导电聚合物或合成金属。由于与金属相比，聚合物具有就加工性、重量 和通过化学改性祀向调节性能的优点，其经济重要性日益提高。已知的n共辆聚合物实例 为聚化咯类、聚喔吩类、聚苯胺类、聚己快、聚亚苯基和聚（对亚苯基-亚己帰基），其中聚 (3, 4-己撑二氧喔吩）（P邸0T)由于其在其氧化形式下具有非常高的电导率而为工业上所 用的特别重要的聚喔吩类。
[0004] 可不同方式将基于导电聚合物的固体电解质施加至氧化物层上。因此，例如 EP-A-0 340 512描述了由3,4-己撑二氧喔吩制备固体电解质及其在电解质电容器中的用 途。根据该公开文献的教导，3, 4-己撑二氧喔吩在所述氧化物层上原位聚合。
[0005] 然而，使用原位聚合法制备固体电解质电容器的缺点尤其在于所述方法的复杂 性。因此，在每种情况下包括浸溃、聚合和合适的话洗涂的工艺步骤的聚合方法通常持续数 小时。此时，在特定情况下还必须使用易燃或有毒溶剂。用于制备固体电解质电容器的原 位方法的另一缺点在于通常将氧化剂的阴离子或合适的话其他单体型阴离子用作所述导 电聚合物的抗衡离子。然而，由于其小尺寸，该些阴离子不W足够稳定的方式与所述聚合物 键接。因此，可发生抗衡离子的扩散且因此提高所述电容器的等效串联电阻巧SR)，尤其是 在升高的电容器使用温度下。另外，在化学原位聚合中使用高分子聚合物抗衡离子不能获 得足够导电的膜，因此不能获得低ESR值。
[0006] 除上文所述的原位聚合之外，还由现有技术已知的是如下制备电容器中的固体电 解质的方法，其中将包含已聚合的喔吩和作为抗衡离子的聚阴离子的分散体，例如现有技 术所已知的PED0T/PSS分散体施加至氧化物层上，然后通过蒸发移除分散剂。该类制备固 体电解质电容器的方法例如公开于DE-A-10 2005 043 828中。根据该公开文献的教导，由 阳D0T/PSS分散体起始制备电容器中的固体电解质层，其中所述PED0T/PSS分散体特别优 选具有2:1-20:1的聚阴离子任55):导电聚合物任邸01')重量比。在06-4-10 2005 043 828的实施例中，选择2. 23:1的PSS: P邸OT重量比。
[0007] 然而，通过使用该分散体获得的电容器的缺点尤其在于，一方面其具有相当低的 电容和相当高的串联电阻，另一方面其特征在于不令人满意的低温性能。就此而言，"低温 性能"应理解为意指在低温下，特别是在低至低于-6(TC的温度下，其电特性值，例如电容、 等效串联电阻、击穿电压或剩余电流受到的影响，但尤其是电容受到的影响。
[0008] 除了在制备电容器中的固体电解质层中的用途之外，现有技术所已知的PED0T/ PSS分散体通常还用于制备有机太阳能电池中的导电层。因此，使用PED0T/PSS分散体来 制备P3HT: PCBM太阳能电池标准结构中的IT0涂覆的基材和半导体层之间的中间层，或 者用来制备反相结构太阳能电池中的层，例如如Glatthaar的论文"Zur化nktionsweise organischer Solarzellen auf der Basis interpenetrierender Donator/ Akzeptor-Netzwerke"(2007)所述。就此而言，将阳DOT/PSS层由水基或异丙醇基分散体 旋转（例如通过"旋涂"）至基材（在标准结构太阳能电池的情况下为IT0,或者在反相结 构太阳能电池的情况下为半导体层，例如P3HT:PCBM层）上。
[0009] 然而，使用现有技术所已知的具有大于2:1的PSS:P邸0T重量比的阳D0T/PSS分 散体来制备上述有机太阳能电池，尤其是反相结构的有机太阳能电池的缺点尤其在于如下 事实；该些分散体具有相当差的润湿性能，从而仅能困难地借助该分散体获得具有恒定层 厚的阳D0T/PSS中间层。
[0010] 本发明基于如下目的：克服现有技术所导致的与包含含导电聚合物和聚阴离子的 组合物的层，尤其是PED0T/PSS层的电子组件有关的缺点，非常特别优选与包含PED0T/PSS 层的固体电解质电容器和有机太阳能电池有关的缺点。
[0011] 特别地，本发明基于如下目的；提供一种制备电容器的方法，借助该方法可在尽可 能低的技术花费下提供除尽可能低的等效串联电阻之外，还具有足够的电容和足够的低温 性能的电容器。
[0012] 此外，本发明尤其基于如下目的：提供一种制备有机太阳能电池，尤其是反相结构 的有机太阳能电池的方法，其中例如可施加具有尽可能恒定的层厚的PED0T/PSS层。
[0013] 本发明还基于如下目的；提供一种制备例如PED0T/PSS分散体的方法，借助该方 法，可制得可特别有利地用于上述制备电容器或制备有机太阳能电池的方法中的分散体。
[0014] 对实现上述目的的贡献由一种制备电容器的方法作出，其包括如下工艺步骤：
[0015] a)提供电极材料的电极体，其中在形成阳极体下电介质至少部分覆盖该电极体材 料的一个表面；
[0016] b)将包含分散剂W及聚喔吩类和聚阴离子的配合物的分散体引入阳极体的至少 一部分中，其中所述分散体中的聚喔吩类：聚阴离子重量比大于0. 5 ;
[0017] C)在获得电容器体中的固体电解质下至少部分移除分散剂。
[0018] 已完全令人梅讶地发现，与通过使用包含聚喔吩类和聚阴离子的配合物的分散体 获得的现有技术所已知的电容器相比，通过与聚阴离子的含量相比进一步提高聚喔吩类的 含量，可改善固体电解质电容器的电特性值，尤其是电容、串联电阻和低温性能。
[0019] 在工艺步骤a)中，首先提供电极材料的电极体，其中电介质至少部分覆盖该电极 材料的一个表面W形成阳极体。
[0020] 原则上，所述电极体可如下方式制备：将具有高表面积的阀金属粉末压制并 烧结w获得通常为多孔的电极体。此时，通常还将电接触导线（优选为阀金属，如粗）压入 所述电极体中。然后，例如通过电化学氧化用电介质（即氧化物层）涂覆所述电极体。或 者，也可蚀刻金属铅并通过电化学氧化用电介质涂覆，从而获得具有多孔区域的阳极铅。在 卷绕式电容器中，通过隔膜将具有多孔区域的阳极铅（其形成所述电极体）和阴极铅隔开 并卷绕。
[0021] 就本发明而言，阀金属应理解为其氧化物层不可使电流在两个方向上均匀流动的 那些金属。在向阳极施加电压的情况下，阀金属的氧化物层阻止电流流动，而在向阴极施加 电压的情况下，产生大电流，该可破坏所述氧化物层。阀金属包括86、]\%、41、66、5;[、5]1、訊、 Bi、Ti、Zr、Hf、V、佩、化和W W及该些金属中至少一种与其他元素的合金或化合物。阀金 属的最人所知的代表为Al、Ta和Nb。电性能与阀金属相当的化合物为具有金属导电性、可 氧化且其氧化物层具有上述性能的那些。例如，NbO具有金属导电性，但通常不被视为阀金 属。然而，氧化的NbO层具有阀金属氧化物层的典型性能，因此NbO或NbO与其他元素的合 金或化合物为该类具有与阀金属相当的电性能的化合物的典型实例。优选粗、铅的电极材 料W及基于魄或氧化魄的那些电极材料。非常特别优选粗和铅作为电极材料。
[0022] 为了制备通常具有多孔区域的电极体，可将阀金属例如W粉末形式烧结，从而获 得通常多孔的电极体，或者将多孔结构压印至金属体上。后者例如可通过蚀刻铅而进行。
[0023] 在下文中，出于简化，还将具有多孔区域的物体称为"多孔的"。因此例如，也将具 有多孔区域的电极体称为多孔电极体。一方面，所述多孔体可被多条通道穿过且因此为海 绵状的。如果使用粗来构造电容器，则通常存在该种情况。此外，孔可仅存在于表面上，且表 面孔下方的区域在结构上为致密的。如果使用铅来构造电容器，则通常观察到该情况。优 选地，所述电极体是多孔的。
[0024] 然后，将W此方式制得的通常多孔的电极体例如在合适的电解质如磯酸或己二酸 馈水溶液中通过施加电压而氧化，从而形成电介质。该成型电压的水平取决于待获得的氧 化物层厚或者电容器随后的使用电压。优选的成型电压为1-